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´ DE MONTREAL ´ UNIVERSITE
´ ` ´ ERATION ´ ` PARTIR D PLANIFICATION D’UN RESEAU DE QUATRIEME GEN A ´ ` ´ ERATION ´ RESEAU DE TROISIEME GEN
GERMINE SEIDE ´ ´ ´ DEPARTEMENT DE GENIE INFORMATIQUE ET GENIE LOGICIEL ´ ´ ECOLE POLYTECHNIQUE DE MONTREAL
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´ ´ ´ EN VUE DE L’OBTENTION MEMOIRE PRESENT E
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´ DE MONTREAL ´ UNIVERSITE
´ ´ ECOLE POLYTECHNIQUE DE MONTREAL
Ce m´emoi em oire re inti intitu tul´ l´e :
´ ` ´ ERATION ´ ` PARTIR D PLANIFICATION D’UN RESEAU DE QUATRIEME GEN A ´ ` ´ ERATION ´ RESEAU DE TROISIEME GEN
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pr´esent´ ese nt´e par pa r : SE SEID IDE, E, Germin Ger minee Useful Not useful en vue de l’obtention du diplˆome ome de : Maˆıtris ıtr isee `es es Scienc Sci ences es App Appli liqu´ qu´ees ees ´t´ dument u ˆment accept´ le jury d’examen constitu´ constit u´ de
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´ DE MONTREAL ´ UNIVERSITE
´ ´ ECOLE POLYTECHNIQUE DE MONTREAL
Ce m´emoi em oire re inti intitu tul´ l´e :
´ ` ´ ERATION ´ ` PARTIR D PLANIFICATION D’UN RESEAU DE QUATRIEME GEN A ´ ` ´ ERATION ´ RESEAU DE TROISIEME GEN
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pr´esent´ ese nt´e par pa r : SE SEID IDE, E, Germin Ger minee Useful Not useful en vue de l’obtention du diplˆome ome de : Maˆıtris ıtr isee `es es Scienc Sci ences es App Appli liqu´ qu´ees ees ´t´ dument u ˆment accept´ le jury d’examen constitu´ constit u´ de
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REMERCIEMENTS
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Mes remerciements vont en premier `a mon directeur de recherche M. Samuel P ´ professeur `a l’Ecole Polytechnique de Montr´eal et directeur du Laboratoire de Reche R´eseautique et Informatique Mobile (LARIM). Je le remercie pour son soutien consta pour ces nombreux conseils qui m’ont aid´ee, tout au long de ma recherche et mon int´egr au Canada.
Je remercie ´egalement mon co-directeur M. Ronald Beaubrun, professeur ` versit´e de Laval `a Qu´ebec, pour son encadrement, ses conseils et enfin, pour sa disponi tout au long de la pr´eparation de ce m´emoire.
Mes remerciements vont aussi `a l’endroit des membres du jury, pour l’´evaluati la r´evision de ce m´emoire, afin d’am´eliorer sa qualit´e.
Je n’occulte pas les membres duReading LARIMa;Preview cette grande famille qui, de part le s You're faire, l’exp´erience et la disponibilit´ e, cr´ee en tout temps une atmosph`ere de travail pla Unlock full access with a free trial. o`u la bonne camaraderie rime avec la fraternit´e. Download With Free Trial
Je remercie de tout cœur ma famille et mes amis qui m’ont toujours enco conseill´ee et support´ee moralement tout au long de cette maˆıtrise.
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´ ´ RESUM E
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Avec l’arriv´ee des technologies 3G, les r´eseaux de t´el´ecommunications ont une grande expansion. Ces r´eseaux ont permis l’int´egration de nouveaux services et un ad´equat, permettant ainsi aux op´erateurs de r´epondre `a la demande croissante des ut teurs. Cette rapide ´evolution a port´e les op´erateurs `a adapter leurs m´ethodes de planifi aux nouvelles technologies qui, augmentent la complexit´ e au niveau du r´eseau. Cette plexit´e devient plus importante quand ces r´eseaux regroupent plusieurs technologies diff´erents en un r´eseau h´et´erog`ene, comme dans le cas des r´eseaux mobiles de prochai n´eration ou r´eseaux 4G. La planification fait alors intervenir de nouveaux d´efis tels l’augmentation consid´erable des demandes de services, la compatibilit´e avec les r´eseau tuels, la gestion de la mobilit´e intercellulaire des utilisateurs et l’offre d’une qualit´e de s les plus flexibles. Ainsi, pour cr´eer un r´eseau flexible aux ajouts et aux retraits d’´equip une bonne m´ethode de planification s’impose. C’est dans ce contexte que se situe ce m´ qui vise `a faire la planification d’un r´eseau 4G `a partir d’un r´eseau 3G existant. You're Reading a Preview
De fa¸con g´en´erale, le probl` eme full de access planification Unlock with a free fait trial. intervenir plusieurs sous-pr avec chacun un niveau de complexit´e diff´erent. Dans ce travail, le sous-probl`eme qui est Download With Free Trial concerne l’affectation des cellules aux commutateurs. Ce probl`eme consiste `a d´etermi patron d’affectation qui permet de minimiser le coˆut d’investissement des ´equipemen r´eseau 4G, tout en maximisant l’utilisation faite des ´equipements du r´eseau 3G d´ej`a en p Ainsi, la solution propos´ee est un mod`ele math´ematique dont l’expression prend la d’un probl`eme de minimisation de fonction, assujetti `aSign unup ensemble de contraintes. Il s to vote on this title d’une fonction de coˆut qui regroupe : l’affectation descellules B) aux MME et Useful (eNode Not useful SGW, et l’affectation des SGSN aux MME et aux SGW. Puisque les MME et SGW peu ˆetre rassembl´es dans seul passerelle, entit´ nomm´ SGM a ´et´ d´efini Ain
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les r´eseaux 4G, des mouvements de r´eaffectation et de d´eplacement des nœuds eNode SGSN ont ´et´e d´efinis. De mˆeme, un m´ecanisme de calcul de gain a ´et´e propos´e, perme d’´evaluer l’apport de chaque mouvement sur le coˆut de la solution courante. Ainsi, les r´ num´eriques obtenus de l’impl´ementation de cette m´ethode, montrent que la m´ethode accuse un ´ecart moyen ne d´epassant pas 30% par rapport `a la solution optimale. Alor pour certains r´eseaux, l’heuristique a ´et´e en mesure de trouver des r´esultats ayant un moyen ne d´epassant pas 1% par rapport a` la solution optimale trouv´ ee dans les simula
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With the advent of 3G technologies, mobile networks have expanded greatly networks have enabled the integration of new services and an enough bandwidth, allo operators to meet the growing demand of users. This rapid evolution has led the oper to adapt their planning approach that come with new challenges. Those challenges more important when these networks are designed to support different radio access tech gies within a heterogeneous mobile network, like 4G networks. In this case, planning networks involves other challenges, such as the considerable increase in services requ compatibility with existing networks, management of intercellular mobility of users a good quality of offered services. Thus, in order to create a network that allows to to remove components, good planning approach is needed. It is in this context, this p aims to address the problem that occurs when the planning of a 4G network is based o existing 3G network.
You're Reading a Preview The planning issue involves several sub-issue with a different level of complexit each of them. This work mainlyUnlock addresses thewithcell assignment problem regarding full access a free trial. networks. Thus, the proposed solution is a mathematical model. This model has m Download Free Trial two objectives: the assignment between 4G With nodes, and the assignment between 3G an nodes. Since the MME and SGW can be aggregated into a single gateway, an entity na SGM has been set. Thus, the model becomes a cost function involving assignments e B and SGSN to SGM. This model is subject to capacity constraints of SGM, and un constraints on assignments eNode B and SGSN to SGM. Sign up to vote on this title
Useful Not useful The proposed model includes: the link’s costs of 4G-network equipment, the l costs between 3G and 4G equipment, the horizontal handoff costs (intra 4G network)
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´ DEDICACE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . REMERCIEMENTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ABSTRACT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ` TABLE DES MATIERES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LISTE DES TABLEAUX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LISTE DES FIGURES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LISTE DES ANNEXES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . You're Reading a Preview
CHAPITRE 1 INTRODUCTION . . full . access . . . with . . a. free . .trial. . . Unlock 1.1 D´efinitions et concepts de base . . . . . . . . . . . ´ ements de la probl´ematique Download 1.2 El´ . . .With . . Free . . . Trial . . . 1.3 Objectifs de recherche . . . . . . . . . . . . . . . 1.4 Plan du m´emoire . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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` CHAPITRE 2 ANALYSE DU PROBLEME DE PLANIFICATION . . . . 2.1 Caract´eristiques des r´eseaux 3G/UMTS . . . Sign . . up . .to. vote . . on . .this . title . . . Useful Not useful 2.1.1 R´eseau d’acc`es 3G/UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.2 R´eseau cœur 3G/UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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2.4.1 Recuit simul´ e . . . . . . . 2.4.2 Recherche taboue . . . . . 2.4.3 Algorithmes m´em´etiques . 2.5 Analyse des travaux . . . . . . .
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´ ` CHAPITRE 3 MODELISATION DU PROBLEME D’AFFECTATION DANS LA PLA ´ NIFICATION D’UN RESEAU 4G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Concepts de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1 Rel`eve horizontale simple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.2 Rel`eve horizontale complexe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.3 Rel`eve verticale simple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.4 Rel`eve verticale complexe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 M´ethode d’analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1 Suppositions au niveau de l’architecture . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.2 Ensembles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.3 Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Mod`ele math´ematique pour une architecture sans couplage de nœuds . . . . You're Reading a Preview 3.3.1 Coˆ ut d’affectation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . full access with a free trial. 3.3.2 Coˆ ut de la rel`eve Unlock horizontale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.3 Coˆ ut de la rel`eve verticale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Download With Free Trial 3.3.4 Contraintes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4 Mod`ele math´ematique pour une architecture avec couplage de nœuds . . . . 3.4.1 Suppositions au niveau de l’architecture . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.2 Ensembles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4.3 Variables . . . . . . . . . . . . . . . . Sign . . up . .to. vote . . on . .this . title . . . . . . . . 3.4.4 Coˆ ut d’affectation . . . . . . . . . . .. .Useful . . . .. Not . . useful . . . . . . . . . 3.4.5 Coˆ ut de la rel`eve horizontale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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M´emoire `a court terme . . . . 4.3.1 Mouvements . . . . . . 4.3.2 Calcul des gains . . . . 4.3.3 Liste taboue . . . . . . 4.3.4 Crit`ere d’aspiration . . 4.3.5 Fonction d’´evaluation . 4.4 M´emoire `a moyen terme . . . 4.4.1 Mouvements . . . . . . 4.4.2 M´emoire `a long terme 4.5 Conclusion . . . . . . . . . . .
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´ ´ CHAPITRE 5 IMPLEMENTATION ET ANALYSE DES R ESULTATS . . . 5.1 Pr´esentation des donn´ees utilis´ees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1 Mod´elisation du trafic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.2 Formats des fichiers d’entr´ee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.3 Format du fichier de sortie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.4 Environnement mat´eriel et logiciel . . . . . . . . . . . . . . . . You're Reading a Preview 5.2 Conception de l’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Unlock full access with a free trial. 5.2.1 Diagramme de classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.2 Diagramme d’´etats-transitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . Download With Free Trial ´ 5.3 Evaluation de performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.1 Volet 1 : pr´esentation des tests pr´eliminaires . . . . . . . . . . 5.3.2 Volet 2 : Comportement g´en´eral de l’algorithme . . . . . . . . 5.3.3 Volet 3 : Comparaison des r´esultats avec une borne inf´erieure .
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CHAPITRE 6 CONCLUSION . . . . . . . . . . . . . .Useful . . . .. Not . . useful . . . . . . . . . 6.1 Synth`ese des travaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Limitations de la solution propos´
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LISTE DES TABLEAUX
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Tableau 4.1 Tableau 4.2 Tableau 4.3 Tableau 4.4 Tableau 4.5 Tableau 4.6 Tableau 4.7 Tableau 4.8 Tableau 4.9 Tableau 4.10 Tableau 4.11 Tableau 4.12 Tableau 4.13 Tableau 4.14 Tableau 4.15 Tableau 4.16 Tableau 5.1 Tableau 5.2 Tableau 5.3 Tableau 5.4 Tableau 5.5 Tableau 5.6 Tableau 5.7 Tableau 5.8
Coˆ uts de liaisons entre les eNode B et les MME . . . . . . . . . . . Coˆ uts de liaisons entre les eNode B et les SGW . . . . . . . . . . . . Coˆ uts de liaisons entre les SGSN et les MME . . . . . . . . . . . . Coˆ uts de liaisons entre les SGSN et les SGW . . . . . . . . . . . . . . Affectation des eNode B aux MME et SGW . . . . . . . . . . . . . . Affectation des SGSN aux MME et SGW . . . . . . . . . . . . . . . . Affectation des eNode B aux MME pour l’algorithme de coˆ ut minimum Affectation des SGSN aux MME pour l’algorithme de coˆ ut minimum Affectation des eNode B aux SGW pour l’algorithme de coˆut minimum Affectation des SGSN aux SGW pour l’algorithme de coˆ ut minimum Coˆ uts de liaisons des eNode B aux SGM . . . . . . . . . . . . . . . . Coˆ uts de liaisons des SGSN aux SGM . . . . . . . . . . . . . . . . . . Affectation des eNode B aux SGM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . You're Reading Affectation des SGSN aux SGM a. Preview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Affectation des eNode SGM l’algorithme de coˆut minimum UnlockB fullaux access with aavec free trial. Affectation des SGSN aux SGM avec l’algorithme de coˆut minimum Exemple de fichierDownload de donn´eWith es . Free . . . Trial . . . . . . . . . . . . . . . . . . Exemple de fichier de capacit´ es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Exemple de fichier d’affectation du r´eseau 3G . . . . . . . . . . . . Exemple d’un fichier de r´esultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . R´eseaux de simulation . . . . . . . . Sign . . up . .to. vote . . on . .this . title . . . .. . . . Tests utilis´es pour le comportement g´ en´eUseful ral de lam´ ethode Not useful . . . . . . ´ Ecart par rapport `a la borne inf´erieure pour la s´erie 1 . . . . . . . . . ´ Ecart par rapport ` la bo inf´erie la s´erie 2
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S´ erie 4 : Variation des SGSN avec 12 SGM . . . . . . . . . . . . . . . S´ erie 5 : Variation des SGM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S´ erie 6 : Variation des SGM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S´ erie 7 : Variation des Node B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . S´ erie 8 : Variation de tous les nœuds . . . . . . . . . . . . . . . . . Comparaison des terminologies des sous-syst`emes radio des r´eseaux 4G et 3G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Comparaison des terminologies des sous-syst`emes radio des r´eseaux 4G et 3G (suite) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Comparaison des terminologies du r´eseau d’acc`es des r´eseaux 4G et 3G Comparaison des terminologies du r´eseau coeur des r´ eseaux 4G et 3G Autres terminologies des r´eseaux 4G et 3G . . . . . . . . . . . . .
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Figure 1.1 Figure 1.2 Figure 1.3 Figure 1.4 Figure 1.5 Figure 1.6 Figure 2.1 Figure 2.2 Figure 2.3 Figure 2.4 Figure 2.5 Figure 3.1 Figure 3.2 Figure 3.3 Figure 3.4 Figure 3.5 Figure 3.6 Figure 4.1 Figure 4.2 Figure 4.3 Figure 4.4 Fig 4.5
Types de rel`eves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Architecture du r´ eseau 3G/UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Architecture du r´ eseau 3G/CDMA2000 . . . . . . . . . . . . . . . . . Architecture du r´ eseau 4G/WiMAX . . . . . . . . . . . . . . . . . . Architecture du r´ eseau 4G/LTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Architecture typique d’un r´eseau 3G/UMTS ´etendu vers 4G/LTE . Architecture du r´eseau d’acc`es de l’UMTS : UTRAN . . . . . . . . . Architecture du r´ eseau cœur de l’UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . Architecture du r´ eseau d’acc`es 4G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Architecture EPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Exemple d’architecture 2G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rel`eve simple via interface X2 du r´eseau LTE . . . . . . . . . . . . . Rel`eve horizontale complexe dans le r´eseau LTE . . . . . . . . . . . You're Preview Rel`eve verticale entre lesReading r´eseauxaLTE et UMTS . . . . . . . . . . . . Rel`eve verticale complexe entrewith lesar´ eseaux Unlock full access free trial. LTE et UMTS . . . . . . Exemple d’architecture d’interconnexion d’un r´eseau UMTS `a un r´ seau LTE . . . . Download . . . . . .With . . Free . . . Trial . . . . . . . . . . . . . . . . . . Exemple d’architecture d’interconnexion d’un r´eseau UMTS `a un r´ seau LTE avec couplage de noeuds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Topologie pour une architecture sans couplage de nœuds . . . . . . Topologie pour une architecture avec couplage de nœuds . . .. . . Sign up to vote on this title Calcul de gain impliquant un eNode B de nœuds) . . . Usefulcouplage (sans Not useful Calcul du gain impliquant un SGSN (sans couplage de nœuds) . . . . Calcul de gai impliq t eNod B (a pla de ds)
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Figure 5.6
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Figure 5.7 Figure 5.8 Figure 5.9 Figure 5.10 Figure 5.11 Figure 5.12 Figure 5.13 Figure 5.14 Figure 5.15 Figure 5.16 Figure 5.17 Figure 5.18 Figure 5.19 Figure 5.20 Figure 5.21 Figure 5.22 Figure 5.23
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Comparaison des deux solutions initiales de la m´emoire `a court terme pour une liste taboue de taille 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Comparaison des deux solutions initiales de la m´emoire `a court terme pour une liste taboue de taille 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Topologie du r´eseau avec une liste taboue de taille 2 . . . . . . . . . . Topologie du r´eseau avec une liste taboue de taille 5 . . . . . . . . . . Topologie du r´eseau avec une liste taboue de taille 8 . . . . . . . . . . Impact du m´ecanisme de rappel (solutions initiales stochastiques) . . Impact du m´ecanisme de rappel (solutions initiales de moindre coˆut) Impact de la taille de la r´egion d’intensification . . . . . . . . . . . . Impact du d´elai de d´eclenchement des mouvements de d´eplacement . Effet de la relance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . R´ eseau de 7 SGSN, 4 SGM et de 10 Node B . . . . . . . . . . . . . R´ eseau de 12 SGSN, 7 SGM et de 40 Node B . . . . . . . . . . . . . R´ eseau de 40 eNode B, 10 SGM et de 40 Node B . . . . . . . . . . R´ eseau de 40 eNode B, 12 SGM et de 40 Node B . . . . . . . . . . R´ eseau de 120 eNode B, Reading 37 SGSN et de 16 SGM . . . . . . . . . . . . You're a Preview R´ eseau de 80 eNode B, 12 SGSN et de 80 Node B . . . . . . . . . . Unlock full access with a free trial. R´ eseau de 120 eNode B, 37 SGSN et de 120 Node B . . . . . . . . . . Exemple de tempsDownload moyen d’ex´ ecution de l’algorithme . . . . . . . . With Free Trial
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Annexe A Annexe B
´ COMPOSITION DES SERIES DE TESTS . . . . . . . . . . . . . TABLEAU COMPARATIF DES TERMINOLOGIES 3G ET 4G . .
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´ LISTE DES SIGLES ET ABR EVIATIONS
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1G
premi`ere g´en´eration
2G
deuxi`eme g´en´eration
3G
troisi`eme g´en´eration
3GPP
3G Partnership Project
4G
quatri`eme g´en´eration
ASN-GW
Access Service Network Gateway
BS
Base Station
BSC
Base Station Controller
BTS
Base Transceiver Station
CDMA
Code division multiple access
CAC
Call Admission Control
CS-CN
Circuit Switch-Core Network
CSN
Connectivity service network
EDGE
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eNode B
E-UTRAN Node B
EMM
EPS Mobility Management
EPC
Evolved Packet Core Network
EPS
Evolved Packet System
E-UTRAN
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Useful Not useful Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network
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HLR
Home Location Register
HSS
Home Subscriber Server
HSDPA
High Speed Downlink Packet Access
HSUPA
High-Speed Uplink Packet Access
IEEE
Institute of Electrical and Electronics Engineers
IMS
Internet Protocol Multimedia Subsystem
IP
Internet Protocol
IPTV
Internet Protocol Television
IPV6
Internet Protocol version 6
Iu-cs
Interface entre les RNC et les MSC
Iu-ps
Interface entre les RNC et les SGSN
Iub
Interface entre les Noeuds B et les RNC
Iur
Interface entre deux RNC diff´erents
LTE
Long Term Evolution You're Reading a Preview
MAC
Medium Access Control Unlock full access with a free trial.
MIMO
Multiple Input Multiple Output
MME
Mobility Management Entity
MSC
Mobile service Switching Center
NAS
Network Access Server
OFDM PCRF
Orthogonal Frequency Division Multiplexing Sign up to vote on this title Policy and Charging Rules Function Useful Not useful
PDN
Packet Data Network
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RRM
Radio Ressource Management
RTPC
R´eseau T´el´ephonique Public Commut´e
SAE
System Architecture Evolution
SC-FDMA
Single Carrier - Frequency Division Multiple Access
SGSN
Serving GPRS Support Node
SGW
Serving Gateway
S1-U
Interface entre eNodeB et S-GW (S1 User plan)
S1-C
Interface entre eNodeB et MME (S1 Control plan)
S11
Interface entre MME et S-GW
TD-CDMA
Time Division - CDMA
TD-SCDMA
Time Division Synchronous Code Division Multiple Access
TDMA
Time Division Multiple Access
UE
User Equipement
UMTS
Universal Mobile You're Telecommunications System Reading a Preview
UTRAN
Universal Terrestrial Radio Access Unlock full access with a Network free trial.
VLR
Visitor Location Register
VoIP
Voix sur r´eseau IP
W-CDMA
Wideband Code Division Multiple Access Evaluation
Wi-Fi
Wireless Fidelity
WiMAX
Worldwide Interoperability for Microwave Access Sign up to vote on this title
WLAN
Wireless Local Area Network
X2
Interface entre les eNodeBs
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CHAPITRE 1
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INTRODUCTION
La planification d’un r´eseau mobile consiste a` d´eterminer l’ensemble des santes mat´erielles et logicielles de ces syst`emes, les positionner, les interconnecter et les ut de fa¸con optimale, en respectant, entre autres, une s´erie de contraintes de qualit´e de [50]. Ce processus qui peut ˆetre `a la fois long et coˆuteux a lieu avant la mise en op´ du r´eseau. Pour les r´eseaux de premi`ere g´en´eration (1G), de deuxi`eme g´en´eration (2G troisi`eme g´en´eration (3G), une s´erie de recherches ont ´et´e men´ees et visent `a minimis coˆuts des ´equipements, tout en maintenant une communication de qualit´e et une cap ´elev´ee [34], [23]. Toutefois, ces derni`eres ann´ees, les recherches portent surtout sur l’an des r´eseaux de quatri`eme g´en´eration (4G), dont l’objectif est d’offrir toute une gamm services (l’acc`es rapide `a l’Internet, le commerce ´electronique, la vid´eoconf´erence, m´edecine, l’apprentissage `a distance, etc.) ayant chacun ses caract´eristiques et contra You're Reading ae Preview particuli`eres [22], [33]. Quelques tentatives ont ´et´ faites pour proposer des mod`eles qui full access [18]. with a Ces free trial. mettent de faire la planification deUnlock tels r´ eseaux mod`eles, dans l’ensemble, appo des solutions au probl`eme de planification pour les zones d´epourvues de toute infrastru Download With Trial [42], [48]. Mais, qu’en est-il si la planification de Free ces r´ eseaux se r´ealise `a partir d’un existant ? Ainsi, ce m´emoire traite du probl`eme de planification des r´eseaux 4G `a partir r´eseau 3G existant. Dans ce contexte, la planification consiste `a maximiser l’utilisatio ´equipements du r´eseau 3G d´ej`a en place, tout en minimisant les coˆuts induits par l’ajo ceux consituant le r´eseau 4G. Ce chapitre d’introduction d´eup finit d’abord Sign to vote on this les titleconcepts de Useful yseront Not useful des r´eseaux mobiles. Ensuite, les ´el´ements de la probl´ ematique pr´esent´es, sui objectifs de la recherche. Ce chapitre se termine par l’organisation de la suite du docum
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mobiles se sont d´efil´ees `a travers le temps. Ce sont la 1G avec un mode de transmi analogique, la 2G qui marqua le passage a` l’`ere num´erique, la 3G qui permet d’int´egre services de voix et de donn´ees, et de nos jours, les r´eseaux de prochaine g´en´eration.
Un R´eseau Mobile de Prochaine G´en´eration ( RMPG ) est un r´eseau permettant t´egration flexible et efficace des diff´erentes technologies d’acc`es mobiles existantes, et fa leur ´evolution ainsi que leur int´egration avec de nouvelles et futures technologies d’acc` Dans ces r´eseaux, les stations de base sont de type multi-mode parce qu’elles int` egre multiples interfaces radio leur permettant de communiquer avec les diff´erents r´eseaux h´et´erog`enes int´egrant le RMPG. Les RMPG co¨ıncident de pr`es avec la 4`eme g´en´erat r´eseaux mobiles. Cette g´en´eration comporte des ´equipements pouvant permettre aux teurs de rationaliser leurs coˆuts. Dans la suite de ce document, le terme 4G sera utilis´ d´esigner les RMPG.
Lorsqu’un utilisateur se d´eplace `a l’int´erieur du r´eseau, l’UE (User Equipmen raccorde `a une station de base en fonction de la puissance de son signal. Quand cette sance atteint un seuil minimal, des op´erations sont effectu´ees pour relayer la communic You're Reading a Preview par une nouvelle cellule. Un tel m´ecanisme est connu sous le nom de rel`eve [20]. La rel full access with a free trial. met ainsi `a un utilisateur en coursUnlock d’appel de maintenir sa connexion active et une quali communication suffisante durant ses d´eplacements a` travers les diff´erentes cellules du Download With Free Trial Les r´eseaux 4G comportent deux types de rel`eves : une rel`eve horizontale ou intra-r´esea une rel`eve verticale ou inter-r´eseaux.
La rel`eve horizontale s’effectue entre cellules de mˆeme type de technologie d’un r´eseau mobile homog`ene. Suivant que ces cellules sont desservies ou non par un Sign up to vote on this title commutateur, la rel`eve horizontale est dite simple ou complexe. Sur la figure 1.1, l’UE Useful Not useful son parcours passe de la cellule C9 `a la cellule C10 , toutes deux reli´ees au commut Com3 . Dans ce cas, la rel`eve est dite simple et n’entraˆıne que la mise `a jour des par
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Figure 1.1 Types de rel`eves
Une rel`eve verticale fait intervenir des cellules appartenant `a des r´eseaux d’ac You're Reading a Preview technologies diff´erentes tels que l’UMTS (Universal Mobile Telecommunications System Unlock access with a free trial. la LTE (Long Term Evolut WiMAX (Worldwide Interoperability forfullMicrowave Access), le GSM (Global System for Mobile Communication) et le Wi-Fi (Wireless Fidelity) [ 36] Download With Free Trial quand l’UE, dans son parcours, arrive `a la fronti`ere de sa cellule, le m´ecanisme de rel` d´eclench´e par la BS (Base Station) qui contrˆole cette cellule. Si la cellule cible partage l commutateur d’interconnexion que la cellule courante, la rel` eve verticale est dite simp entraˆıne une mise `a jour de la position du UE, un ´equilibrage du trafic, et l’allocation ou de nouveaux canaux. Dans le cas contraire, la rel`eve verticale estvote consid´ er´etitle e comme comp Sign up to on this et les op´erations pr´e-cit´ees s’ex´ecutent par l’interm´ediaire de plusieurs commutateurs Useful Not useful rend cette rel`eve encore plus coˆuteuse.
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demande de trafic dont le r´esultat proviendra d’un travail d´ej`a r´ealis´e, comme le mo [24] et [59] pour son approche s´equentielle `a la r´esolution du probl`eme de planification. avant, une pr´esentation des architectures qui participent dans le r´eseau ´etendu sera faite de justifier le choix de celles retenues.
Chaque g´en´eration de r´eseaux mobiles vient avec plusieurs propositions d’a tures ; les plus ´etudi´ees sont pr´esent´ees dans la suite de cette section. Ainsi, deux gra technologies ont-elles domin´e la troisi`eme g´en´eration des r´eseaux mobiles. Ce sont : l’UM repr´esent´e par la figure 1.2, et le CDMA2000, illustr´e `a la figure 1.3 [61]. Ces deux poss`edent plusieurs niveaux d’´equipements. Les deux premiers niveaux constituent syst`eme radio et le troisi`eme niveau correspond au sous-syst`eme r´eseau.
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Figure 1.2 Architecture du r´eseau 3G/UMTS Sign up to vote on this title
Useful Not useful Dans les r´eseaux 3G, l’interconnexion entreles sous-r´ eseaux se fait au moy RNC (Radio Network Controller) dans l’UMTS et du BSC (Base Station Controller)
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Figure 1.3 Architecture du r´eseau 3G/CDMA2000
Deux grandes technologies sont en phase de devenir leader en ce qui concerne l’ de l’Internet mobile `a haut d´ebit prˆon´e pour la quatri`eme g´en´eration [54]. Ce sont : le WiM mobile de la figure 1.4 qui fait r´ef´erence `a la norme IEEE 802.16, et la LTE de la figur d´evelopp´ee par le groupe 3GPP (3G Partnership Project). Ces deux technologies pr´esen You're Reading a Preview entre autres, une diff´erence significative au niveau de leur architecture. En effet, le LTE comporte deux niveaux d’´equipements. Lewithpremier est constitu´ e uniquement d’e Unlock full access a free trial. B (E-UTRAN Node B) et le deuxi`eme comporte les nœuds MME (Mobility Manag Download With WiMAX Free Trialcomprend trois niveaux dont Entity) et le SGW (Serving Gateway). Le r´eseau des BS, des nœuds ASN-GW (Access Service Network Gateway) et d’un routeur desser les autres nœuds du r´eseau cœur, comme pr´esent´e `a la figure 1.5.
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Figure 1.5 Architecture du r´eseau 4G/LTE
Dans le cadre de ce m´emoire, la technologie LTE, r´ef´erenc´ee `a la figure 1.5 consid´er´ee pour faire une extension du r´eseau UMTS. Ce choix est justifi´e par le fait plusieurs entreprises en t´el´ecommunications, comme Cisco, Ericsson et Alcatel-Luce tournent de plus en plus vers cette technologie qui offre une vari´et´e d’options pour am´ You're Reading a Preview les capacit´es de leur r´eseau [58], [28]. Unlock full access with a free trial.
1.2
Download With Free Trial ´ ements de la probl´ El´ ematique
La planification des r´eseaux mobiles est un processus it´eratif compos´e de plus phases, pr´esentant chacune un degr´e de complexit´e diff´erent [52]. Dans le cadre de moire, la phase de la planification qui traite de l’affectation des nœuds du r´e seau est Sign up to vote on this title qui sera trait´ ee. Elle consiste `a d´eterminer, `a partir des sch´emas d’affectation, la topo Useful Not useful d’interconnexion qui permet de r´eduire les coˆuts du r´eseau et le nombre d’op´eration ` cet effet, le probl`eme d’affectation est divi mises `a jour engendr´ees par les rel`eves. A
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Le probl`eme de partitionnement des graphes et celui de la localisation d’entrepˆots d´emontr´es NP-difficiles [38], [27], [57]. Puisque le probl`eme d’affectation peut se ramen au probl`eme de partitionnement des graphes, soit au probl`eme de la localisation d’entre il est donc consid´er´e ´egalement comme un probl`eme NP-difficile. Par cons´equent, le pro ne peut pas ˆetre r´esolu avec les m´ethodes standards, comme les algorithmes `a ´enum´ exhaustive. En effet, pour n cellules et m commutateurs, il a ´et´e montr´e que ces algori permettent d’explorer un nombre de mn sch´emas d’affectations possibles [26], [56], toutes ces combinaisons, choisir la meilleure qui permet de minimiser le coˆut du r´esea trop long en termes de temps de calcul.
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Figure 1.6 Architecture typique d’un r´eseau 3G/UMTS ´etendu vers 4G/LTE Sign up to vote on this title
Useful Not useful est direct De ces diff´erents travaux, il en d´ecoule que le probl` eme d’affectation li´e aux nombres d’´equipements et aux niveaux d’emplacements de ses ´equipements
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et de s SGW au niveau du r´eseau cœur 4G/LTE. Dans ce cas, le nombre de combina d’affectations des eNode B e sera ´egal `a (m + s)e . Un rapprochement pourrait ˆetre fait av niveau 2 de l’UMTS, o`u le RNC est affect´e `a deux types de commutateurs diff´erents, l et les SGSN. Toutefois, cette affectation ne peut pas s’appliquer non plus, car le r´esea prend en compte les nœuds eNode B et SGSN appartenant chacun `a des niveaux diff´ de technologies diff´erentes. Toutes ces diff´erences permettent de conclure que les mod`eles d´evelopp´es r´esoudre le probl`eme d’affectation des cellules dans les r´eseaux 2G et 3G ne peuvent pas utilis´es pour approcher le mˆeme probl`eme dans le cas de la planification d’un r´eseau partir d’un r´eseau 3G d´ej`a ´etabli. De plus, ce r´eseau ´etendu fait intervenir la gestion rel`eves horizontales au niveau des cellules du r´eseau 4G et celle des rel`eves verticales les r´eseaux 3G et 4G. La rel`eve horizontale se base sur le mˆeme principe que les g´en´era pr´ec´edentes, mais se diff´erencie dans ce probl`eme par les types d’´equipements qui impliqu´es. La rel`eve verticale, quant `a elle, fait intervenir les Node B et les RNC du 3G, introduisant d’autres niveaux d’´equipements et, par cons´equent, des op´erations de `a jour suppl´ementaires. Indubitablement, il y aura une grande diff´erence dans l’app utilis´ee pour r´esoudre le probl`eme You're d’affectation la planification du r´eseau 4G se Readingquand a Preview partir d’un r´eseau 3G existant. Unlock full access with a free trial.
1.3
Objectifs de recherche
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L’objectif principal de ce m´emoire est de trouver les sch´emas d’affectation ent eNode B, les SGSN, les MME et les SGW qui permettent d’optimiser le coˆut de la planific du r´eseau 4G `a partir d’un r´eseau 3G. Plus sp´ecifiquement, m´emoire a : Sign upce to vote on this vise title ` Useful Not useful 1. Formuler un mod`ele de programmation math´ematique pour le probl`eme d’affect entre les eNode B, les SGSN, les MME et les SGW ;
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approche, les principaux mod`eles et algorithmes de planification propos´es dans la litt´ y sont d´ecrits. Certains travaux qui abordent les enjeux de la migration des syst`emes tants vers les r´eseaux 4G sont ´egalement analys´es. Ainsi, ces travaux permettront d’avoi vue d’ensemble sur les approches d´ej`a utilis´ees dans le domaine, afin d’orienter le trav recherche.
Le chapitre 3 pr´ esente les concepts de base, les ensembles et les variables servir `a la mod´elisation du probl`eme. Ensuite, sont ´enum´er´ees les principales suppo servant `a l’´elaboration d’une architecture regroupant les r´eseaux 3G et 4G. Ce chapit termine par la pr´esentation du mod`ele propos´e et l’analyse de sa compl´exit´e, en vue de une m´ethode de r´esolution ad´equate.
Le chapitre 4 fait une adaptation de la recherche taboue au probl`eme de planific d’un r´eseau 4G a` partir d’un r´eseau 3G existant. Pour ce faire, les diff´erentes ´etape l’heuristique seront d´ecrites. Ce sont : les ´etapes menant `a la g´en´eration de la solution et celles des m´ecanismes de m´emoire `a court, `a moyen et `a long terme. You're Reading a Preview
Le chapitre 5 pr´esente les diff´erentes ´etapes de l’impl´ementation du mod`ele pr Unlock full access with a free trial. Cette impl´ementation est r´ealis´ee en langage Java et prend en entr´ee des fichiers de don illustrant diff´erents types de r´eseaux de simulation. CesTrial fichiers de donn´ees permettent Download With Free luer la performance et l’efficacit´e de la m´ethode propos´ee. La derni`ere section du chapi r´eserv´ee `a l’interpr´etation des r´esultats obtenus.
Le chapitre 6 constitue la conclusion du m´emoire. Il fait un bilan du travail acco et permet d’identifier de futures avenues de recherche. Sign up to vote on this title Useful Not useful
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CHAPITRE 2
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` ANALYSE DU PROBL EME DE PLANIFICATION
La planification des r´eseaux mobiles pr´esente beaucoup de d´efis, tant au architecture, qu’au niveau d’´evolutivit´e. En effet, une bonne connaissance des architec permet aux planificateurs de mieux g´erer les ressources en place, de faciliter l’´evolution seau en int´egrant des technologies plus performantes, qui leur permettent de fournir en m temps des services de bonne qualit´e. Ce chapitre passe alors en revue les travaux ma traitant des diff´erents aspects du probl`eme de planification des r´eseaux mobiles, tels qu’ d´es dans la litt´erature. En premier lieu, une description des ´equipements des architec participant `a la planification du r´eseau sera faite. Cette description permettra de d´ecele d´efis de recherche que les nouvelles technologies apportent au probl`eme de planificat ces d´efis, l’affectation des cellules aux commutateurs est celui qui sera pr´esent´e et ´etud qu’abord´ee dans les g´en´erations pr´ec´edentes de r´eseaux mobiles. Pour chaque g´en´erat You're a Preview m´ethodes de r´esolution utilis´ees seront d´eReading crites. Enfin, une analyse comparative des diff´ Unlock full access a free trial. travaux sera r´ealis´ee, en mettant en exergue les with ´el´ements de solution qu’ils apportent d r´esolution du probl`eme de planification d’un r´eseau mobile 4G. Download With Free Trial
2.1
Caract´ eristiques des r´ eseaux 3G/UMTS
L’UMTS, depuis sa premi`ere version sortie en 1999, a ´et´e sujet `a denombr Sign up to vote on this title am´eliorations. En 2001, une interface r´eseau de type TD-SCDMA (Time Division Syn Useful Not useful nous Code Division Multiple Access) a ´et´e ajout´e, offrant un meilleur d´ebit par rapp TD-CDMA (Time Division-CDMA) de la premi`ere version. En cons´equence, dans le
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R´ eseau esea u d’acc` d’ac c` es es 3G/UMTS 3G/ UMTS
L’UTRAN L’UT RAN est le nom attribu´ attr ibu´e au r´eseau esea u d’acc` d’ac c`es es de l’UMTS. l’UM TS. Il r´ealise eali se les tran de trafic de donn´ees ees et de signalisation entre l’appareil mobile (UE) et le r´eseau eseau cœur comprend comp rend principa prin cipaleme lement nt deux de ux entit´ e ntit´es es : le Nod N odee B et le l e RNC, RN C, repr´esent´ esent´ees ees `a la figure Node B ´etablit etablit la connexion de l’utilisateur en transmettant des signaux radio et les flu donn´ees ees entre l’interface radio et le RNC. Cette op´eration eration se r´ealise ealise au moyen de l’inte Iub reliant ces deux nœuds. Les RNC, quant `a eux, font la gestion des ressources rad des ph´enom` enom`enes enes de rel`eves. eves. Ils communiqu commu niquent ent entre eux via l’interfa l’int erface ce Iur et Iur et sont reli´ Node B par l’interface Iub l’interface Iub [5], [5], [6], [7]. 7]. Ils Il s servent ser vent d’interm´ediaire ediaire entre l’appareil l’ap pareil mobile et le r´eseau eseau cœur en transitant les informations de voix et de donn´ees, ees, respectivemen moyen des interfaces Iu-cs interfaces Iu-cs et Iu-ps et Iu-ps de de la figure 2.2. figure 2.2.
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domaines : un domaine a` commutation de paquets, le PS-CN (Packet Switch-Core Netw et un domaine `a commutation de circuit, le CS-CN (Circuit Switch-Core Network). L maine `a commutation de paquets comprend un SGSN (Serving GPRS Support Node) q charge du routage des paquets, de l’authentification et du cryptage des informations de lisateur au moyen moyen des donn´ees ees du HLR (Home Location Register). Il comprend ´egale egale le GGSN (Gateway (Gateway GPRS Support Node) utilis´e comme passerelle pour la commutatio paquets avec les r´eseaux eseaux externes, tels que l’Internet, les LANs, les WANs, les r´eseaux eseaux les r´eseaux eseaux ATM. C’est `a ce niveau que les proc´edures edures de tarification sont ´etablies. etablies. maine `a commutation de circuit consiste en un MSC (Mobile Service Switching Center) e GMSC (Gateway Mobile Switching Center) [3]. [3]. Le MSC est responsable de la signalis requise pour l’´ etablissement, etablissement, la fermeture et le maintien des connexions. Il est aussi des fonctions radio telles que, le reroutage d’appels ainsi que l’allocation des canaux radi appareils mobiles. Le GMSC met en forme, convertit convertit les protocoles employ´ employ´es es par le mobile et interagit avec le HLR pour obtenir des informations de routage. Le HLR et le (Visitor Location Loca tion Register) sont des bases de donn´ees ees situ´ees ees dans le syst`eme eme domicil de l’utilisateur. Ces bases de donn´ees ees contiennent contiennent toutes les informations relatives `a l’ sateur [10 [10]. ]. Ces informations d´efinissent efinissent le profil de ce dernier et consistent, entre autre un num´ero ero de t´el´ el´ephone, epho ne, une cl´e authentifi auth entificati cation, on, les services serv ices autoris´ auto ris´es, es, les zones zon es de roa associ´ees ees aux MSC et les param`etres etres de localisation du UE tout au long de son s on parcou
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Caract´ Cara ct´ eristiqu eris tiques es des r´ eseaux eseau x 4G/LTE
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L’´evolu evo luti tion on a` long terme est l’´equivalent equivalent fran¸cais cais du terme anglais anglai s LTE. Elle E lle un projet pro jet r´ealis´ ealis´e par p ar l’organisme l’organ isme de standardisatio standar disation n 3GPP 3 GPP œuvrant `a r´ediger edig er des techn qui permettront permet tront d’am´eliorer eliorer la norme UMTS des r´eseaux eseaux cellulaires cellulai res 3G, vers 3G, vers la quat g´en´ en´eration, eration, pour faire face aux futures ´evolutions evolutions technologiques. technologi ques. Les buts pou poursuivis rsuivis la LTE consistent cons istent en une am´ a m´elioration eliorati on de d e l’efficacit´ l’effi cacit´e spectrale sp ectrale qui permettra p ermettra le transfer tra nsfer donn do nn´´ees ee s a` tr`es es haut h aut d´ebit, ebit , de l’ordre l’o rdre de 50 5 0 Mbps, Mb ps, avec une un e port´ p ort´ee ee plus p lus importa imp ortante, nte, un n d’appels d’app els par cellule plus ´elev´ elev´e que q ue dans l’UMTS et une latence plus faible, telles qu’illu dans les tableaux B.1 `a B.5. B.5. La quatr qu atri` i`eme eme g´en´ en´eratio era tion n pr´esente es ente,, p our ou r l’am´ l’ am´elior eli orati ation on vices, des plateformes multi-technologiques capables de supporter de nouvelles applica innovatrices innovatr ices.. De mˆeme eme que ces pr´ec´ ec´edentes, edent es, la 4G pr´esente esent e u une ne architect archi tecture ure qui comp r´eseau esea u d’acc` d’a cc`es es : l’E-UTR l’E -UTRAN AN et un r´eseau esea u cœur v´ehicula ehic ulant nt que des paquets paq uets de donn´ees ees Elle est dite pour cela tout-IP .
2.2.1 2.2 .1
R´ eseau es eau d’acc` d’a cc` es es 4G/L 4G/ LTE
Le r´eseau eseau d’acc`es es LTE est constitu´e d’un nœud unique l’Evolved Node B ou B, rep re pr´ese es ent´ nt´e `a la figure 2.3. 2.3. Il regroupe regroup e en une entit´e unique les fonctionnalit´ fonction nalit´es es des Node B et RNC de l’UMTS. La principale fonction de l’eNode B est d’acheminer les flu donn´ees ees de l’UE vers l’EPC (Evolved Packet Core Network) au moyen m oyen des fonctions fo nctions com RRM (Radio Ressource Management) et le CAC (Call Admission Control). Cette op´ est r´ealis´ eali s´ee ee en utilisa util isant nt l’interfa l’i nterface ce S 1 qui relie l’E-UTRAN aux composantes Sign up to vote on this title de l’EPC. NotCette useful interface UTRAN dispose d’une nouvelle interface X 2 unique au Useful r´eseau eseau L TE. principal rˆole ole de r´ealiser eali ser des ´echanges echan ges de don donn´ n´ees ees et de signau sig naux x de connexi con nexion on entre diff´
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Figure 2.3 Architecture du r´eseau d’acc`es 4G
2.2.2
R´ eseau cœur 4G/LTE
Connu aussi sous le nom de SAE (System Architecture Evolution), l’EPC repr´ le r´eseau cœur de LTE. Il se compose d’´equipements devant supporter la connectivit´ You're Reading a Preview IP entre les domaines multi-technologiques dans l’architecture 4G. Il assure la gestio Unlock full access with a free trial. utilisateurs, la gestion de la mobilit´ e, la gestion de la qualit´e de service et la gesti la s´ecurit´e, au moyen des ´equipements tels que le MME, le SGW, PDN-GW (Packet Download With Free Trial Network Gateway) et le PCRF (Policy and Charging Rules Function), comme indiqu´ figure 2.4.
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Le MME comporte les fonctionnalit´ es de base de la signalisation dans la conn du terminal mobile au r´eseau. Il fournit les informations n´ecessaires `a l’identificatio l’usager au moment de son authentification dans le syst`eme, en se servant des informa provenant du HSS. En se servant des fonctions du plan de contrˆole, il fait la gestion sessions des utilisateurs authentifi´es. Il est responsable des fonctions de gestion de la mo telles que la coordination de la signalisation pour les rel`eves inter-SGW, et n´egocie la de service `a offrir. Le MME est responsable de la diffusion des messages de paging q l’UE est dans l’incapacit´ e de recevoir les paquets qui lui sont destin´es. Il fait la mise des param`etres de localisation de l’UE se retrouvant dans une zone qui n’est pas pri charge par le MME [11]. Il joue un rˆole cl´e dans la rel`eve entre les diff´erentes techno en s´electionnant le nœud qui va mettre en place la porteuse, le default bearer , afin d’´ la communication entre les deux architectures.
Le SGW est d´efini pour g´erer les ”donn´ees utilisateur” et est impliqu´e dans le rou et la transmission de paquets de donn´ees entre les eUTRAN et le r´eseau cœur. L’´echang paquets est achemin´e par le SGW au PDN-GW par l’interface S 5. Le SGW est connect eUTRAN via l’interface S1-U qui You're sert deReading relai entre l’utilisateur et le EPC. Il op`ere co a Preview une ancre locale qui sert pour la mobilit´e inter-eNode B et permet de faire la rel` eve entr Unlock full access with a free trial. syst`emes mobiles de diff´erentes g´en´erations, comme LTE et UMTS. Download With Free Trial
Le P-GW est le nœud qui relie l’utilisateur mobile aux autres r´eseaux PDN, les r´eseaux IP, PSTN et non-3GPP. L’acc`es aux r´eseaux IP et PSTN se fait par l’interm´ de l’IMS. Le PDN Gateway agit comme un routeur par d´efaut par lequel transiten requˆ etes de l’utilisateur. Il effectue l’allocation d’adresses IP pour chaque Terminal Mo Sign up to vote on this title le filtrage des paquets pour chaque usager, et comptabilise les octets ´echang´es dans la Useful Not useful de ce dernier `a des fins de facturation.
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En effet, le PCRF g`ere les politiques de facturation qui doivent ˆetre prises en compte PDN-GW et applicables en fonction des actions de l’utilisateur.
L’IMS est une architecture r´ecemment appliqu´ee dans les r´eseaux mobiles qui mettent aux op´erateurs de t´el´ecommunications d’offrir des services sur IP `a valeur a Cette nouvelle architecture permet d’´etablir des sessions multim´edia ind´ependammen type d’acc`es `a Internet utilis´e. Cette architecture est aussi capable de supporter, sur seau tout IP dans une mˆeme session, des applications en temps r´eel telles que la voix vid´eo ; et des applications non temps r´eel telles que le Push to Talk et la messagerie ins n´ee. L’IMS est utilis´e aussi bien par les terminaux mobiles des r´eseaux GPRS et UMTS par les usagers fixes `a large bande, comme xDSL, cˆable, etc. L’IMS pr´esente une inte aux r´eseaux en mode circuit, comme le RTCP et le GSM, et fournit une interface norma bas´ee sur le protocole SIP pour l’acc`es aux services.
En r´esum´e, les r´eseaux 4G/LTE se distinguent des r´eseaux 3G/UMTS par grands aspects. Une nouvelle interface radio avec les technologies OFDM (Orthogonal quency Division Multiplexing) en amont le SC-FDMA (Single Carrier - Frequency Div You're ,Reading a Preview Multiple Access) en uplink et MIMO (Multiple Input Multiple Output), lui permettan Unlock full access with a free trial. supporter des largeurs de bande allant de 1.4 `a 20 MHz [14], [9]. Les r´eseaux UMTS util pour leur interface radio, le W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) d’une Download With Free Trial geur de bande allant jusqu’`a 5 MHz [1], [13]. Au niveau de l’architecture, le r´eseau LTE est r´eduit `a une entit´e unique, l’eNode B, tel que d´ecrit dans [12]. Il remplit `a la f rˆole des Node B et des RNC de l’UMTS, ce qui apporte une grande r´eduction du d´elai et du nombre d’op´erations dans le r´eseau. Les r´eseaux bas´es sur la technologieLTE off Sign up to vote on this title pour les nouveaux services, une architecture tout-IP au moyen de l’IMS. Celle-ci rem Useful Not useful ainsi dans l’UMTS le domaine `a commutation de circuits h´erit´ e du GSM et le doma commutation de paquets du GPRS.
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Cas des r´ eseaux 2G
Deux niveaux d’´equipements sont consid´er´es dans les r´eseaux 2G. Le nive comporte les BTS (Base Transceiver Station) occupant chacune une cellule, alors q niveau 2 est compos´e des commutateurs MSC, comme illustr´e `a la figure 2.5. Dans ce cont r´esoudre le probl`eme d’affectation revient `a trouver un patron d’affectation des cellules commutateurs MSC. Plus particuli`erement, en consid´erant un ensemble de n cellules m commutateurs, il faut d´eterminer parmi les couples d’affectation (n, m) avec n m ∈ M , laquelle permettra de minimiser une fonction de coˆut, compos´ee du coˆut de li entre les BTS des cellules et les MSC, et du coˆut de rel`eve entre deux cellules n et n desse par une mˆeme BTS.
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Figure 2.5 Exemple d’architecture 2G Sign up to vote on this title
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Ce travail ´evoque les concepts de domiciliation simple et double, appliqu´ les r´eseaux 2G. La domiciliation simple pr´esente une architecture o`u les cellules sont gn´ees a` un et un seul commutateur. Ainsi, pour assigner n cellules `a m MSC, le prob d’optimisation math´ematique pour la domiciliation simple revient `a minimiser :
n
f =
m
i=1 k=1
n
cik xik +
n
hij (1 − yij )
i=1 j =1,j =1
o`u – cik xik d´esigne le coˆut total de cˆablage du r´eseau ; – hij (1 − yij ) d´esigne le coˆut total de rel`eve complexe du r´eseau ;
avec : – hij le coˆut r´eduit par unit´e de temps d’une rel`eve complexe entre les cellules i et – yij variable d´ecisionnelle qui vaut 1 si les cellules i, j avec (i = j) sont reli´ees au commutateur k, et 0 sinon; You're Reading a Preview – cik le coˆ ut d’amortissement de la liaison entre les cellules i et le commutateur k Unlock full access with a free trial. – xik une variable d´ecisionnelle qui vaut 1 si la cellule i est reli´ee au commutateur 0 sinon. Download With Free Trial
La domiciliation double fait intervenir un deuxi`eme commutateur pour chaqu lule du r´eseau. L’ajout de ce commutateur permet d’´evaluer le r´eseau `a un moment de la journ´ee o`u le trafic subit une grande variation. Le premier peut ˆetre utilis´ e en Sign up to vote on this title et le deuxi`eme (de plus grande capacit´e), peut ˆetre utilis´e pour supporter le trafic en Useful Not useful midi. D’un commutateur `a l’autre, les contraintes d’unicit´e et de capacit´e seront resp Dans ce cas, chaque cellule sera affect´ ee `a chaque commutateur `a des intervalles de t
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avec : – hij le coˆut r´eduit par unit´e de temps d’une rel`eve complexe entre les cellules i et – yij variable d´ecisionnelle qui vaut 1 si les cellules i, j avec (i = j) sont reli´ees au commutateur k, et 0 sinon.
Les auteurs Pierre et Houeto [51] font une adaptation de la m´ethode de r´esol utilis´ee par [34] au probl`eme d’affectation pour les r´eseaux mobiles en g´en´eral. Leur est de d´eterminer un profil d’affectation qui minimisera `a la fois les ressources affect´ coˆuts des rel` eves et les coˆu ts de cˆablage dans le r´eseau. Pour y parvenir, ils proposen mod`ele math´ematique d´eriv´e de 2.1 et une m´ethode bas´ee sur la m´etaheuristique de rech taboue, pour obtenir des solutions acceptables en des temps de calcul raisonnables.
2.3.2
Cas des r´ eseaux 3G
Les r´eseaux 3G pr´esentent uneReading architecture tout `a fait diff´erente des r´esea You're a Preview c´edents, avec l’ajout de deux nouveaux ´equipements : le SGSN et le RNC, comme le mo Unlock full access with a free trial. la figure 1.2. Ces r´eseaux 3G v´ehiculent deux types de trafic : un trafic de voix et un de donn´ees. Dans cette nouvelle architecture, le Node B acheminera les deux types de Download With Free Trial Les RNC ajout´es serviront de nœuds de liaison pour diriger le trafic de voix vers les MS le trafic de donn´ees vers les SGSN. Ces changements seront `a la base d’une nouvelle form tion du probl`eme d’affectation des cellules aux commutateurs. Cette section consid`ere certains travaux qui ont ´et´e r´ealis´es pour r´esoudre le probl`eme d’affectation desr´eseau Sign up to vote on this title compos´e de Node B i, de RNC j , de MSC l, et de SGSN k [24], [59]. Useful Not useful Pour solutionner ce probl`eme, Diallo [24] le divise en deux sous-affectations
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coˆut des affectations de l’´equation 2.3 et le coˆut des rel`eves de l’´equation 2.4.
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Minimiser(f 1 + f 2 ) f 1 =
cij xij +
i∈I j∈J
f 2 =
msc ii
h
j∈J k∈K msc jj
(1 − yii )(1 − Y
)+
i∈I i ∈I j∈J j ∈J
+ c jk x jk
c jl x jl
j∈J l∈L
(1 − yii )(1 − Y jjsgsn ) hsgsn ii
i∈I i ∈I j∈J j ∈J
o`u
– cij xij , c jk et c jl x jl d´esignent le coˆut de cˆablage, respectivement, des Node B au x jk des RNC au MSC et des RNC au SGSN ; msc – hsgsn (1 − yii ) et h msc ) d´esignent le coˆut total des rel`eves impliq ii (1 − yii )(1 − Y jj ii respectivement un changement de SGSN et de MSC ;
avec You're Reading Preview – hsgsn et h msc uts r´eduits par unit´ e de atemps des rel`eves complexes entre les ii , les coˆ ii B i et i , impliquant respectivement un with changement Unlock full access a free trial. de SGSN et un changemen MSC; Download – yii , une variable d´ecisionnelle qui vautWith 1 siFree les Trial Node B i, i avec i = i sont rel mˆeme RNC et 0 sinon ; – Y jjmsc et Y jjsgsn, des variables d´ecisionnelles qui valent 1 si les RNC j, j avec j = reli´ees respectivement au mˆeme MSC et au mˆeme SGSN, et 0 sinon ; – cij , le coˆut d’amortissement de la liaison entre lesSign Node B i et le RNC j ; up to vote on this title – c jk et c jl , les coˆ uts d’amortissement des liaisons entre les RNC respectivemen j et Useful useful Not MSC k, les SGSN l ; variable d´ecisionnelle qui vaut 1 si le Node B i est reli´ RNC j et 0 sin
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r´eseau, et les interconnecter entre eux de mani`ere `a minimiser une fonction de coˆut. C fonction est compos´ee de la somme des coˆuts de liaisons et d’interfaces, not´ee C L (v celle des coˆuts d’installation des Node B, RNC, MSC et SGSN, not´ee C N (x). Le mo programmation math´ematique qui en r´esulte est un probl`eme d’optimisation formul´e p ´equations suivantes : M in(C L (v) + C N (x)) C L (v) =
ijm aijm 12 v12 +
i∈S 1 j∈S 2 m∈M 12
C N (x) =
jkm a jkm 23 v23 +
j∈S 2 k∈S 3 m∈M 23
bt1
t∈T 1
i∈S 1
xit1 +
bt2
t∈T 2
j∈S 2
x jt 2 +
jlm a jlm 24 v24
j∈S 2 l∈S 4 m∈M 24
bt3
t∈T 3
k∈S 3
xkt 3 +
bt4
t∈T 4
xlt4
l∈S 4
o`u ijm jkm jkm jlm jlm – aijm esignent le coˆ ut d’installation, respectivement, des 12 v12 , a23 v23 et a24 v24 d´ B, des RNC et des SGSN.
avec You're Reading a Preview – aijm esentant les coˆuts de liaisons et d’interfaces pour connecter un Node B 12 repr´ Unlock full access with a free trial. `a un site i ∈ S 1 , `a un RNC install´e `a un site j ∈ S 2 , par une interface de type m – a jkm esentant les coˆuts de liaisons et d’interfaces Download With Free Trial pour connecter un RNC insta 23 repr´ un site j ∈ S 2 , `a un MSC install´e `a un site k ∈ S 3 , par une interface de type m – a jlm esentant les coˆuts de liaisons et d’interfaces pour connecter un RNC insta 24 repr´ un site j ∈ S 2 , `a un SGSN install´e `a un site l ∈ S 4 , par une interface de type m ijm – v12 repr´esentant le nombre de liens de type m ∈ M 12 pour connecter un Node B in Sign up to vote on this title `a un site i ∈ S 1 , `a un RNC install´e `a un site j ∈ S 2 ; Useful Not useful – v jkm repr´ e sentant le nombre de liens de type m M 23 pour connecter un RNC ∈ 23 `a un site j ∈ S 2 `a un MSC install´e `a un site k ∈ S 3 ;
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– xkt ecisionnelle qui vaut 1 si un MSC de type t ∈ T 3 est install´e `a un 3 une variable d´ k ∈ S 3 , et 0 sinon; – xlt4 une variable d´ecisionnelle qui vaut 1 si un SGSN de type t ∈ T 4 est install´e `a u k ∈ S 4 , et 0 sinon.
2.3.3
Cas des r´ eseaux 4G
Les r´eseaux de prochaine g´en´eration orientent la planification des r´eseaux cell vers de nouvelles avenues de recherche. En effet, les tendances portent de plus en plus une int´egration transparente des technologies sans fil existantes, comme les syst`emes LAN, AdHoc en un environnement totalement h´et´erog`ene [37], [41]. Cette nouvelle vag pens´ee distingue la 4`eme g´en´eration des g´en´erations pr´ec´edentes, o` u seul primait le b de d´eveloppement de nouvelles normes et de nouveaux standards. Les syst`emes 4G compl`etement orient´es vers l’utilisateur final, en fournissant des services vari´ es `a haut et sans coupure `a travers les r´eseaux. Toutefois, la migration des syst`emes actuels 4`eme g´en´eration constitue un ´enorme d´efi. Dans la litt´erature, plusieurs travaux abor You're Reading a Preview probl`eme en consid´erant plusieurs aspects [22], [41]. Unlock full access with a free trial.
Les chercheurs Beaubrun Download et al. [22] ´eWith laborent les principaux facteurs qui doiven Free Trial pris en compte par les concepteurs des futurs r´eseaux mobiles. Ce sont : la couvertur l’architecture, l’allocation des ressources, l’itin´erance globale et l’ing´enierie de trafic. Ch de ces facteurs traite d’un aspect particulier du probl`eme de planification. Les che proposent dans ce cas une approche modulaire qui subdivise le probl`eme deplanifi to vote on this title des r´eseaux de prochaine g´en´eration en des sous-probl`eSign mesupplus faciles `a r´esoudre. Les Useful Not useful probl`emes li´es a` l’allocation des ressources et l’itin´erance globale seront retenus pour ana parce qu’ils sont li´es aux probl`emes d’affectation des cellules. Une bonne allocation
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streaming etc..) vers un autre service moins exigeant (SMS, courriel). Ce qui permet en o de garantir une bonne qualit´ e de service en termes de probabilit´e de blocage de nouv appels, et de temps de latence dˆu aux rel`eves. L’itin´erance globale permet de g´erer effi ment la mobilit´e globale de l’utilisateur dans ces syst`emes multi-technologiques, tout permettant d’acc´eder `a ses services quelque soit sa position g´eographique. Une solutio probl`eme d’itin´erance globale des r´eseaux de prochaine g´en´eration a ´et´e propos´ee da Les auteurs pr´esentent une nouvelle passerelle intelligente appel´ee WING (Wireless Ne king Gateway) qui facilite les ´echanges inter-syst`emes et permet de convertir les forma signaux et de messages d’un r´eseau `a un autre. WING contrˆole les appels de rel`eve, ass interop´erabilit´e entre les sous-syst`emes lors de l’itin´erance globale, et effectue une r´edu du trafic de signalisation au niveau des bases de donn´ees lors des mises `a jour des par de localisation du UE.
2.3.4
Cas des r´ eseaux d’extension
Il existe tr`es peu de travaux qui traitent de l’extension des r´eseaux mobiles. L’au You're Reading a Preview Chamberland propose dans [23], une approche globale qui regroupe les trois sous-probl de la planification, pour aborder leUnlock probl` eme d’extension. La m´ethode de r´esolution prop full access with a free trial. comprend un mod`ele math´ematique et une m´ethode d’´enum´eration implicite. Le mod`ele Download With Free mence par repr´esenter le r´eseau existant. L’objectif deTrial l’auteur est de d´eterminer le nom l’emplacement des nouveaux nœuds `a a jouter, de s´electionner les nœuds existants `a en de mani`ere `a minimiser une fonction de coˆut (C L (v) + C N (x)) exprim´ee en fonction
– du coˆut d’ajout des liens et interfaces des nouveaux nœuds, et du coˆut de retrai Sign up to vote on this title liens et interfaces de certains nœuds existants. Useful Not useful C L (v) =
ijm ijm ijm ijm + (aijm ¯12 ) + Aijm ¯12 ) ) 12 (v12 − v 12 (v12 − v
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certains nœuds existants.
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C N (x) =
t
(b1 (
t∈T 1
it
it
t
(x1 − ¯ x1 )) + B1 (
i∈S 1
(¯xit1 − xit1 )+ )
i∈S 1
+
(x2 − ¯ x2 )) + B2 (
+
(xkt xit3 )) + B3t ( 3 − ¯
t
(b2 (
t∈T 2
it
t
j∈S 2
(bt3 (
t∈T 3
jt
(¯xit2 − xit2 )+ )
i∈S 2
(¯xit3 − xit3 )+ )
i∈S 3
k∈S 3
+
(bt4 (
t∈T 4
(xlt4 − ¯ xit4 )) + B4t (
l∈S 4
(¯xit4 − xit4 )+
i∈S 4
avec – x¯it1 une variable d´ecisionnelle qui vaut 1 si le Node B de type t ∈ T 1 est insta site i ∈ S 1 dans le r´eseau en place, et 0 sinon ; ijm – v¯12 repr´esentant le nombre de liens de type m ∈ M 12 pour connecter un Node B in `a un site i ∈ S 1 , `a un RNC install´e `a un site j ∈ S 2 , dans le r´eseau en place ; jkm jlm – Aijm uts de retraits des liens et des interfaces de type m 12 (A23 , A24 ) les coˆ (m ∈ M 23 , m ∈ M 24 ) install´es entre les sites i ∈ S 1 et j ∈ S 2 (i ∈ S 2 et j ∈ S 3 You're Reading a Preview et j ∈ S 4 ) ; Unlock full access with a free trial. – B1t , B2t , B3t , et B4t repr´esentant respectivement, le coˆut de retrait d’un Node B (RNC SGSN) de type t ∈ T 1 (t ∈ T 2 , t ∈ T 3 , t ∈ T 4 ). Download With Free Trial
Ce mod`ele est sujet aux contraintes d’unicit´e des affectations des nœuds, de cap des liens et des ´equipements. De mˆeme, les contraintes d’int´egralit´e et de non n´ega doivent ˆetre respect´ees. Pour ´evaluer la performance du mod`ele, l’auteur utilise l’algor Sign to vote thisRNC, title de MSC Branch-and-bound qui prend en param`etres, le nombre deupNode B,onde SGSN, et les diff´erents types de liens et interfaces. Useful Not useful
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M´ ethodes de r´ esolution bas´ ees sur des heuristiques
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Dans cette section, trois des principales heuristiques adapt´ees au probl`eme fectation seront d´ecrites. Ce sont : le recuit simul´e, la recherche taboue et les agorit m´em´etiques [43], [51], [53]. 2.4.1
Recuit simul´ e
Le recuit simul´e est un algorithme de recherche locale bas´ee sur la notion de v nage entre les configurations. Chaque configuration S est obtenue en appliquant un ense de mouvements M (S ) d´efinis de fa¸con al´eatoire suivant le crit`ere de M´etropolis. De ma g´en´erale, un mouvement est automatiquement accept´e s’il am´eliore le coˆut de la solu actuelle. Sinon, il sera appliqu´e selon une probabilit´e qui d´epend d’une certaine temp´era Selon le crit`ere de M´etropolis, plus la temp´erature est ´elev´ee, plus il est possible d’accep mauvaises solutions [39]. Ainsi, en adaptant le recuit simul´e au probl`eme d’affectation am´elioration de la solution sera toujours accept´ ee alors qu’une augmentation de la fon de coˆ ut sera accept´ee avec une certaine probabilit´e qui d´epend de la temp´erature [43 You're Reading a Preview
2.4.2
Recherche taboue
Unlock full access with a free trial.
L’algorithme de recherche taboue consiste `a am´eliorer it´erativement une sol Download With Free Trial initiale afin d’aboutir `a une solution finale respectant les contraintes de capacit´e et d des affectations aux commutateurs. Cette am´elioration se r´ealise au moyen de mouvem qui permettent de passer d’une solution `a une autre dans un espace de recherche pr´ed´efini algorithme est bas´e sur un m´ecanisme de m´emoire (liste taboue) qui exclut les mouvem d´ej`a effectu´es et ´evite d’y revenir pendant un certain nombre erations. Sign up tod’it´ vote on this title
Useful Not useful Pour r´esoudre le probl`eme d’affectation des cellules aux commutateurs dan r´eseaux mobiles, les auteurs dans [25], [34], [51] et [59] proposent une solution initial
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permet de v´erifier le respect des contraintes de capacit´e. En cas de non-respect, une p´ est ajout´ee au coˆ ut de la solution. 2.4.3
Algorithmes m´ em´ etiques
L’algorithme m´em´etique, contrairement aux diff´erentes m´ethodes d´ej`a ´e tend `a faire ´evoluer, non pas une seule, mais plusieurs configurations (chromosomes) l’ensemble constitue une population. Les candidats qui participent `a la reproduction choisis de fa¸con al´eatoire et les chromosomes sont mut´es suivant une certaine probab Ainsi, l’adaptation au probl`eme d’affectation vise `a trouver `a partir d’une population in de chromosomes, la meilleure affectation qui permet de minimiser le coˆut du r´eseau, respectant les contraintes de capacit´es des commutateurs et celles li´ees `a l’unicit´e des tations des cellules aux commutateurs. Les solutions obtenues du probl`eme sont des de chromosomes. Chaque chaˆıne repr´esente le sch´ema d’affectation recherch´e, o`u chaque de la chaˆıne re¸coit le num´ero du commutateur auquel la cellule est affect´ee. La longueur chaˆıne est ´egale au nombre de cellules et restera inchang´ee, car toutes les cellules doivent affect´ees. La valeur maximale d’un g`ene de ces chromosomes est ´egale au nombre max You're Reading a Preview de commutateurs du r´eseau. Cet algorithme comporte des op´erateurs g´en´etiques de s´elec Unlock ` full accessvarier with a free de croisement et de mutation œuvrant a faire lestrial. populations.
Les auteurs Hedible et al. [32], et Suresh al. [55] proposent un mod`ele Download With FreeetTrial matique coupl´e de l’algorithme g´en´etique pour r´esoudre le probl`eme d’affectation des aux commutateurs. Ce mod`ele math´ematique inclut une fonction objective `a minimise comptabilise les coˆ uts de liaisons et de rel`eves entre les nœuds. Cette fonction est soum des contraintes de capacit´e et d’unicit´e des affectations. Les auteurs d´efinissentune Sign up to vote on this title tion initiale, puis alt`ere cette solution au moyen de deux types d’op´erateurs g´en´etiques Useful Not useful op´erateur de croisement et un op´erateur de mutation. La solution obtenue est ensuite pour la v´erification du respect des contraintes.
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Analyse des travaux
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Ce chapitre pr´esente principalement les deux approches utilis´ees pour traiter bl`eme d’affectation et d’extension dans la planification des r´eseaux mobiles. La prem approche est dite globale parce qu’elle int`egre tous les aspects du probl`eme. C’est un proche qui est tr`es fastidieuse et requiert beaucoup de temps d’impl´ementation. Tout elle s’av`ere ˆetre tr`es efficace dans la prise de d´ecision du planificateur dans le cas d’une velle implantation, pour pr´evoir une extension du syst`eme en place ou tout simplement la maintenance du r´eseau. Ces d´ecisions se basent alors sur la coh´erence et la pr´eserv des interactions qui existent entre chaque sous-probl`eme. L’auteur St-Hilaire pr´esente [59] un cadre global de planification des r´eseaux mobiles. L’auteur a pu montrer l’effic de cette m´ethode, mais certaines limitations sont `a signaler. En effet, l’auteur ne cons pas la notion de mobilit´e qui rel`eve d’une grande importance dans les r´eseaux mobiles. mobilit´e consiste mˆeme un champ d’expertise dans le domaine des t´el´ecommunicati plus, avec l’av`enement des r´eseaux de prochaine g´en´eration qui se proposent de regroup vers environnements mobiles et incompatibles en une infrastructure unique [21], une app globale doit n´ecessairement tenir compte de l’itin´erance globale. You're Reading a Preview
access with a free trial. La seconde approche est Unlock dite s´efull quentielle et permet de cibler un probl`eme sp´ de la planification. Dans cette approche, chaque probl`eme est trait´e s´epar´ement, facil Download With Free Trial ainsi la tˆache du planificateur en l’aidant `a d´etecter une panne pr´ecise, sans avoir `a pas travers les autres ´etapes de la planification. C’est dans ce contexte que se situe le travail par Diallo dans [25]. Dans ce travail, l’auteur traite directement du probl`eme d’affect des cellules, et d´efinit les concepts de rel`eve simple et de rel`eve complexe li´es `a la mob Sign parler. up to vote this compte title travail ne fait pas une gestion de la mobilit´e `a proprement Il on tient de la n Useful Not usefulle coˆut de la d’itin´erance, en permettant aux op´erateurs d’estimer dans la planification, `a jour des informations `a la suite d’une rel`eve. Ce travail pr´esente ´egalement des r´esu
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lise une approche gloable de planification. Cependant, le travail ne refl`ete pas une migr vers un r´eseau de nouvelle g´en´eration. Les auteurs dans [37] ont tent´e d’apporter une sol au probl`eme de planification, dans l’´evolutivit´e d’un r´eseau existant vers un r´eseau chaine g´en´eration. Ce travail ne pr´esente qu’une architecture d’interconnexion de diff´ technologies, et ne traite que de la performance de l’architecture.
Bien que plusieurs travaux aient ´et´e effectu´es sur la planification des r´eseaux [22]-[59], l’aspect du probl`eme li´e `a l’´evolutivit´e d’un r´eseau mobile existant dans un multi-technologique laisse certaines avenues de recherche non encore explor´ees. Ainsi, vail consistera `a planifier un r´eseau 4G/LTE `a partir d’un r´eseau 3G/UMTS, d´ej`a en pla fonctionnel. Cet aspect diff´erencie ce m´emoire des travaux qui ont fait l’objet d’analyse ce chapitre. Plus sp´ecifiquement, l’aspect de la planification qui sera abord´e dans ce trava l’affectation des cellules aux commutateurs. Il consistera alors `a affecter les nouveaux e B aux SGW et MME, et `a affecter les nœuds existants SGSN de l’UMTS aux mˆemes S et MME. Puisque les travaux des r´eseaux pr´ec´edents ne peuvent pas s’adapter au prob de planification d’un r´eseau 4G a` partir d’un r´eseau 3G existant, alors une nouvelle appr sera utilis´ee pour traiter ce probl`eme dans le cadre de ce m´emoire. You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
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CHAPITRE 3
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´ ` MODELISATION DU PROBLEME D’AFFECTATION DANS LA ´ PLANIFICATION D’UN RESEAU 4G
Faire ´evoluer un r´eseau existant vers un r´eseau 4G requiert une allocation ressources les plus efficaces [21]. De ce fait, le probl`eme d’affectation pr´esente un gran et doit avoir une consid´eration particuli` ere dans la planification des r´eseaux mobile probl`eme a fait l’ob jet de nombreuses ´etudes dans la litt´erature, plus pr´ecis´ement po r´eseaux de deuxi`eme (2G) et de troisi`eme (3G) g´en´eration [35], [51]. Pour aborder le prob dans le cas des r´eseaux 4G, dans la suite de ce chapitre, seront d´efinis certains concep base, utiles `a la formulation du probl`eme. Ensuite, l’architecture du r´eseau sera pr´esent´ permettra au moyen des ensembles d´ecrivant les ´equipements, et des variables, d’´elabo mod`ele math´ematique propos´e. Ce chapitre se termine par une analyse de la compl´exit probl`eme, dans le but de trouver une m´ethode de r´esolution ad´equate. You're Reading a Preview
3.1
Concepts de base
Unlock full access with a free trial.
Le probl`eme d’affectation des cellules aux Trial commutateurs consiste, de fa¸ Download With Free n´erale, `a d´eterminer un patron d’affectation des cellules aux commutateurs dans le minimiser une fonction de coˆut quadratique, tout en respectant les contraintes de capa de ces commutateurs. Dans la planification d’un r´eseau 4G r´ealis´ee `a partir d’un r´esea existant, le probl`eme d’affectation consiste `a trouver un patron d’affectation entre les nœ Sign up to vote on this title eNode B, SGSN, MME et SGW qui permet de minimiserUseful cette fonction de coˆut, tout en Not useful pectant certaines contraintes. Il convient alors de consid´erer les affectations entre les du r´eseau 4G et les affectations entre les nœuds des r´eseaux 3G et 4G. De ce fait, deux t
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un eNode B e au moyen de l’interface X 2, ou en passant par le MME et le SGW comm a` e et e au moyen de l’interface S 1 repr´esent´ee `a la figure 3.1 [15].
Figure 3.1 Rel`eve simple via interface X2 du r´eseau LTE
3.1.2
Rel` eve horizontale complexe
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Dans cette rel`eve, le transfert des informations d’un usager passant d’une cell Unlock full access with a free trial. une autre fait intervenir des eNode B diff´erents, soient e, e , eux mˆemes reli´es `a des MM des SGW diff´erents, telle qu’illustr´ ee `a la figure Download With 3.2. Free Ainsi, Trial l’eNode B source e d´ecle m´ecanisme de rel`eve en envoyant, au moyen de l’interface S 1, une requˆ ete au MME est affect´e. Le MME `a son tour v´erifie les informations re¸cues de la rˆequette et les ache `a l’eNode B cible e auquel elles sont destin´ees. Les op´erations li´ees `a la rel`eve s’ach quand l’eNode B e re¸coit la confirmation sur la reception des informations del’eNode Sign up to vote on this title [47]. Useful Not useful
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Rel` eve verticale simple
La rel`eve verticale fait intervenir les cellules appartenant `a des technologies radio diff´erentes [19]. Cette rel`eve permet ainsi d’assurer la continuit´e des services qua type d’acc` es utilis´e n’est plus offert sur la couverture courante de l’utilisateur [16]. donn´e que ce m´emoire traite de la planification d’un r´eseau 4G `a partir d’un r´eseau la rel`eve verticale fera usage des interfaces Iub et Iu pour le r´eseau 3G bas´e UMTS interfaces S 1 et S 4 pour le r´eseau 4G bas´e LTE, comme le montre la figure 3.3. Les princi nœuds qui interviennent dans la connexion des deux r´eseaux sont : le SGSN du r´eseau le MME et le SGW du r´eseau LTE. Ainsi, pour effectuer le transfert d’informations `a tr le r´eseau, une requˆ ete est envoy´ ee par l’eNode B source via l’interface S 1 au MME dernier, informe alors le SGW et le SGSN destination au moyen des interfaces S 11, S desservant la cellule o`u l’UE se dirige [20]. Ainsi, les ´echanges effectu´es lors de cett permettent de maintenir la session de l’utilisateur sans interruption pendant que ce de se d´eplace `a travers les r´eseaux d’acc`es diff´erents.
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d’informations entre ces deux nœuds transitent `a travers plusieurs nœuds MME, SGW, S et RNC interm´ediaires, de technologies diff´erentes, ce qui augmente le nombre d’op´era de mises `a jour et, en mˆeme temps, le coˆut de la solution.
You're Reading a Preview Unlockcomplexe full access with a freeles trial.r´ Figure 3.4 Rel`eve verticale entre eseaux LTE et UMTS
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3.2
M´ ethode d’analyse
4G ` Pour analyser le probl`eme d’affectation dans laSign planification r´eseau up to vote on d’un this title Useful er´ d’un r´eseau 3G existant, deux types d’approches seront ees.Not Ceuseful sont : une appr consid´ g´en´erale bas´ee sur une architetcure sans couplage de nœuds, et une approche simplifi´ee
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Suppositions au niveau de l’architecture
Pour mod´eliser le probl`eme d’affectation dans la planification d’un r´eseau 4 `a partir d’un r´eseau 3G/UMTS d´ej`a ´etabli, les suppositions suivantes sont a` consid´ere
` la base, le r´eseau 3G/UMTS comporte des Node B, des RNC, des MSC et des S – A d´ej`a install´es. Chaque Node B est affect´e uniquement `a un RNC `a la fois et ch RNC est connect´e en mˆeme temps `a un MSC et un SGSN;
– Pour le d´eploiement du r´eseau 4G/LTE, les eNode B, les MME, les SGW, les PDN et les HSS seront ajout´es au r´eseau 3G/UMTS ; – Chaque nœud eNode B est connect´ e `a un seul MME et `a un seul SGW;
– Un PDN-GW et un HSS peut desservir une grande ´etendue g´eographique. De ce fai les MME et SGW leur seront affect´es pour une zone donn´ee et le coˆut de cette affect devient par cons´equent constante et ne sera pas pris en compte dans l’analyse ;
– L’´echange inter-r´eseau implique que les r´eseaux 3G/UMTS et 4G/LTE soient inte nect´es entre eux. Alors, chaque SGSN sera connect´e `a un et un seul SGW, et un MME; You're Reading a Preview full access with a free trial.capacit´ – Chaque MME, chaque SGWUnlock et chaque SGSN a une e bien d´etermin´ee ;
– Le terminal mobile est multimode. Il est par cons´equent capable d’op´erer avec les Download With Free Trial types de r´eseaux et peut supporter la rel`eve verticale de fa¸con transparente. De plus, les informations suivantes sont consid´er´ees connues :
– La localisation des eNode B desservant les cellules du r´eseau ainsi que celle des M Sign up to vote on this title et des SGW; Useful Not useful – Le nombre maximum d’UE pouvant ˆetre desservi par chaque cellule et le d´ebit m requis pour chaque utilisateur.
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Figure 3.5 Exemple d’architecture d’interconnexion d’un r´eseau UMTS `a un r´eseau Download With Free Trial
La figure 3.5 montre l’architecture d’extension du r´eseau 3G/UMTS vers le 4G/LTE. Sur cette figure, les nœuds sont identifi´es par des indices allant de 1 `a 6. Ains repr´ esente les eNode B, le 2 et le 3 repr´ esentent respectivement les Node B et les RNC Sign up to vote on this title indices 4 et 5 seront attribu´es respectivement aux MME et SGW, et le SGSN sera ide Useful Not useful par le num´ero 6.
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gs – xgs 65 variable 0-1 tel que x 65 = 1 si et seulement si un nœud SGSN g ∈ G est conne une entit´e SGW s ∈ S , et 0 sinon; gm – xgm 64 variable 0-1 tel que x64 = 1 si et seulement si un SGSN g ∈ G est connec MME m ∈ M , et 0 sinon.
Les variables de coˆuts regroupent les coˆuts de liaisons et les coˆuts de rel` sont d´efinies comme suit : – cem esente le coˆut d’amortissement de la liaison entre l’eNode B e ∈ E et M 14 qui repr´ m ∈ M ;
– ces esente le coˆut d’amortissement de la liaison entre l’eNode B e ∈ E et S 15 qui repr´ s ∈ S ; – cgs esente le coˆut d’amortissement de la liaison entre le nœud SGSN g 65 qui repr´ le SGW s ∈ S ; – cgm esente le coˆut d’amortissement de la liaison entre le nœud SGSN g 64 qui repr´ le MME m ∈ M ; You're Reading a Preview
ee – H 14 le coˆut par unit´e de temps d’une rel`evewith simple entre deux eNode B e et e impliq Unlock full access a free trial. un seul MME ;
Download With Free Trial
– H ee ut par unit´e de temps d’une rel`eve complexe entre deux eNode B 14 le coˆ impliquant des MME diff´erents ;
ee – H 15 le coˆut par unit´e de temps d’une rel`eve simple entre deux eNode B e et e impliq un seul SGW ;
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– H ee ut par unit´e de temps d’une rel`eve complexe 15 le coˆ Useful entre usefuleNode B Notdeux impliquant des SGW diff´erents ;
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Les param` para m`etres etre s de trafic trafi c d´ecrivent ecri vent la capacit´ capa cit´e de chaque chaqu e ´equipe equi pement ment du cœur. Ce sont : – w1m la capacit´ e (bps) des passerelles MME ; – w2s la capacit´e (bps) des passerelles SGW ;
em – f 14 le trafic de donn´ees ees support´e par le lien entre un eNode B e ∈ E E et un M m ∈ M ; ; es – f 15 le l e trafic tr afic de donn´ees ees support´ supp ort´e par pa r le l e lien l ien entre un u n eNode eN ode B e ∈ E et E et un SGW
gs – f 65 le trafic trafi c de don donn´ n´ees ees g´en´ en´er´ er´ees ees lors de la rel`eve eve verticale, vertic ale, suppo sup port´ rt´e par le lien un SGSN g SGSN g ∈ G et SGW s ∈ S ; G et un SGW s S ; gm – f 64 le trafic tra fic de donn´ do nn´ees ees g´en´ en´er´ er´ees ees lors lo rs de la rel`eve eve vertica vert icale, le, supp su ppor ort´ t´e par pa r le lie un SGSN g SGSN g ∈ G et G et un MME m ∈ M . M .
3.3
Mod` ele ele math´ ematique ematique pour p our une architecture ar chitecture sans couplage de nœuds
Le mod`ele ele est une fonction math´ematique ematique compos´ comp os´ee ee des coˆuts uts d’affectation coˆuts uts de rel`eves eves horizontale h orizontale et verticale.
3.3.1
Coˆ ut ut d’affectation
Le coˆ ut d’affectation comprend le coˆut ut ut d’affectation des eNode B aux MM aux SGW, repr´esent´ esent´e respecti resp ectivement vement par le premier prem ier et le deuxi` deux i`eme eme termes term es de l’´ equatio equa tio Sign up to vote on this title et le coˆut ut d’affectation des SGSN aux MME et aux SGW, repr´ esent´ esent´e respectivement respectivement Useful Not useful troisi` troi si`eme eme et le quatri` qua tri`eme eme termes. term es.
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un MME m. Elles se d´efinissent efinissent alors par :
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ee m em e m = x 14 = e z 14 .x 14 avec avec e et e ∈ E et m ∈ M et e
ee m sera ser a egale e´g ale `a 1 si les eNode B e et e , avec e = e , sont tous deux connect´ conn ect´es es au z 14 MME m MME m,, et 0 s’ils sont reli´es es `a des MME diff´erents. erents. Alors,
ee
y14 =
ee m = e . z 14 avec vec e, e ∈ E et e
m∈M
ee vaut 1 si les eNode B e B e et et e es seulement `a un u n seul et mˆeme eme y14 e sont tous deux connect´es parmi l’ensemble des MME, et `a 0 sinon.
La relation 3.4 relation 3.4 rep repr´ r´esente ese nte le coˆ co ˆut ut par p ar unit´e de temps temp s de d e la rel`eve eve horiz h orizontal ontalee in un MME et est compos´ee ee de la sommation des coˆ co uts u ˆ ts de rel`eve eve complexe com plexe (premier term simple simp le (deuxi` (deu xi`eme eme terme). term e).
e∈E e ∈E
ee
ee ) + H 14 (1 − y14
ee ee H 14 y 14
e∈E e ∈E
Le coˆut ut de la rel`eve eve impliquant im pliquant un SGW est exprim´e en fonction des variables ee repr´esentant esent ant le coˆ co ˆut ut d’affectation des eNode B e B e et et e au SGW s SGW s ∈ S . Elles Elle s se d´efini efini y15 alors par :
ee s z 15
ee s es e s up S to vote = x 15 = etitle z 15 .x15 avec avec e et e ∈ E etSigns ∈ et one this Useful Not useful sera ser a ´egale ega le `a 1 si les eNode B e B e et e et e , avec e avec e = e , sont tous deux connect
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comme suit :
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ee
ee ) + H 15 (1 − y15
e∈E e ∈E
ee ee H 15 y 15
e∈E e ∈E
Le coˆut ut total pour la rel`eve eve horizontale ho rizontale est donn´e par p ar la relation suivante :
ee ee
H 14 y 14 +
e∈E e ∈E
ee
ee
H 14 (1 − y14 ) +
e∈E e ∈E
ee ee
H 15 y 15 +
e∈E e ∈E
ee
ee H 15 (1 − y15
e∈E e ∈E
ee ee ee ee ee ee En posant h posant h 14 = H 14 et h et h 15 = H 15 , la relation 3.8 relation 3.8 devient : − H 14 − H 15
ee ee (1 − y14 ) + h14
e∈E e ∈E
ee + H 14
e∈E e ∈E
ee ee (1 − y15 ) + h15
e∈E e ∈E
ee H 15
e∈E e ∈E
avec
ee = constante H 14
ee = constante H 15
e∈E e ∈E
et
e∈E e ∈E
La relation 3.8 relation 3.8 s’exprime comme suit :
e∈E e ∈E
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ee ee (1 − y14 ) + h14
Useful
Not useful ee ee (1 − y15 ) h15
e∈E e ∈E
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2. le Node B n situ´e dans la cellule destination est reli´e `a un RNC r qui, `a son tou reli´e `a un SGSN g ∈ G reli´e `a un MME m et un SGW s et vice versa.
Pour exprimer le coˆut de la rel`eve verticale impliquant un SGW, des variabl conditions d´efinies en fonction des Node B et des RNC seront a jout´ees. Soient alors xnr 23
1 = 0 xrg 36
si le Nœud B n est reli´e au RNC r (n ∈ N et r ∈ R) sinon
1 = 0
si le RNC r est reli´e au SGSN g (r ∈ R et g ∈ G) sinon
Ainsi, le coˆ ut de la rel`eve verticale par unit´e de temps incluant un SGW s’exp par la relation 3.12. Le premier terme repr´esente le calcul du coˆut de la rel`eve verticale si You're Reading a Preview et le deuxi`eme, celui de la rel`eve verticale complexe r´ealis´ee avec changement de SGW Unlock full access with a free trial.
rg gs es nr Download With Free Trial Hv en 65 (x15 x23 x36 x65 )
e∈E s∈S n∈N r∈R g∈G
+
en
gs nr rg H v 65 (xes 15 x23 x36 )(1 − x65 )
e∈E s∈S n∈N r∈R g∈G
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En consid´erant les relations 3.10 et 3.11, le coˆut de la rel`eve verticale par Useful Not useful de temps incluant un MME s’exprime par la relation 3.13, o` u le premier terme repr´esen rel`eve verticale simple, et le deuxi`eme la rel`eve verticale complexe avec changement de M
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7 et 8 expriment le coˆut des rel`eves simples et complexes inter-LTE et les termes repr´esentent le coˆut des rel`eves verticales.
F =
+
em xem 14 c 14 +
e∈E m∈M
es xes 15 c15 +
e∈E s∈S
ee hee 15 (1 − y15 ) +
e∈E e ∈E
gs xgs 65 c65 +
g∈G s∈S
gm xgm 64 c 64 +
g∈G m∈M
hee 14 (1
e∈E e ∈E en
gs nr rg en (xes 65 x23 x36 )((Hv 65 − H v 65 )x65 + H
e∈E s∈S n∈N r∈R g∈G
+
en
en
gs en nr rg (xes 64 x23 x36 )((Hv 64 − H v 64 )x64 + H v 64 )
e∈E s∈S n∈N r∈R g∈G
3.3.4
Contraintes
Le mod`ele ainsi d´efini est sujet aux contraintes d’unicit´e des affectations des nœ eNode B, SGSN, Node B et RNC, et aux contraintes sur le trafic vers les MME et les SG Dans ce cas :
Chaque nœud eNode BYou're doit ˆeReading tre affect´ `a un seul MME et un seul SGW, c aePreview est traduit respectivement par les relations 3.15 et 3.16 suivantes : Unlock full access with a free trial.
em
(e ∈ E ) x14 = 1 With avec Download Free Trial
m∈M
xes 15 = 1 avec (e ∈ E )
s∈S
Chaque nœud SGSN doit ˆetre affect´e `a un seul MME et un seul SGW, ce qu Sign up to vote on this title traduit par les relations suivantes : Useful Not useful
xgm 64 = 1 avec (g ∈ G)
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xrg 36 = 1 avec (r ∈ R)
g∈G
Diff´erents types de trafic circulent entre le r´eseau d’acc`es et le r´eseau cœu r´eseaux LTE. Ce sont plus particuli`erement ceux g´en´er´es par les donn´ees (voix, les do le multim´edia) et la signalisation. De ce fait, la quantit´e de trafic venant des eNode B SGSN ne doit pas d´epasser la capacit´e des MME et celle des SGW.
gm gm em em f 14 .x14 + f 15 .x15 ≤ w 1m avec m ∈ M
gs gs es es f 15 .x15 + f 65 .x65 ≤ w 2s avec s ∈ S
(
(
En r´esum´e, la r´esolution du probl`eme revient `a minimiser la fonction de co sous les contraintes 3.3, 3.6, 3.15 `a 3.22.
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3.4
Mod` ele math´ ematique pour une architecture avec couplage de nœuds Unlock full access with a free trial.
Dans les r´eseaux LTE, les liaisons entre certains ´equipements peuvent ˆetre log Download With Free Trial De ce fait, plusieurs modes de couplage sont possibles entre les nœuds. Le couplage qui consid´er´e dans le cadre de ce m´emoire est un regroupement des nœuds MME et Ainsi, les nœuds MME et SGW seront repr´esent´es par une entit´e unique, appel´ee SGM. ´elaborer le mod`ele avec les SGM, de nouvelles suppositions seront consid´er´ees. Sign up to vote on this title
3.4.1
Suppositions au niveau de l’architecture
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Ensembles
Les ensembles utilis´es pour symboliser les composantes du r´eseau sont les suiv E = {1, 2, 3, ......, α} repr´esentant l’ensemble des nœuds eNode B ; Q = {1, 2, 3, ......, σ } repr´esentant l’ensemble des nœuds SGM ; N = { 1, 2, 3, ......, η} repr´esentant l’ensemble des nœuds Node B ; R = {1, 2, 3, ......, ζ } repr´esentant l’ensemble des nœuds RNC ; G = {1, 2, 3, ......, κ} repr´esentant l’ensemble des nœuds SGSN.
Variables
L’´elaboration du mod`ele prend en compte les variables de d´ecision sur les B et les SGSN, d´efinies comme suit : eq – xeq 17 variable 0-1 tel que x 17 = 1 si et seulement si un eNode B e ∈ E est connec SGM q ∈ Q, et 0 sinon;
gq – xgq 67 variable 0-1 tel que x 67 = 1 si et seulement si un nœud SGSN g ∈ G est conne un SGM q ∈ Q, et 0 sinon.
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Les variables repr´esentant les coˆuts de liaisons et les coˆuts de rel`eves s’expri comme suit : Download With Free Trial eq – c17 qui repr´esente le coˆut d’amortissement de la liaison entre l’eNode B e ∈ E SGM q ∈ Q ; – cgq esente le coˆut d’amortissement de la liaison entre un nœud SGM q 67 qui repr´ SGSN g ∈ G ; ee
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– Hq 17 le coˆut par unit´e de temps d’une rel`eve simple entre leseNode B e et e impliq Not useful Useful un seul SGM;
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eq – f 17 le trafic de donn´ees support´e par le lien entre un eNode B e ∈ E et un SGM
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gq – f 67 le trafic de donn´ees g´en´er´e lors de la rel`eve verticale, support´e par le lien entr SGSN g ∈ G et un SGM q ∈ Q.
Dans ce cas, la nouvelle architecture est repr´esent´ee `a la Figure 3.6.
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Figure 3.6 Exemple d’architecture d’interconnexion d’un r´eseau UMTS `a un r´eseau LTE couplage de noeuds
3.4.4
Coˆ ut d’affectation
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Pour effectuer le calcul du coˆut d’affectation des cellules, les liens qui seront con
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Coˆ ut de la rel` eve horizontale
ee q ee Soient les variables z 17 et y 17 , repr´esentant le coˆut d’affectation des eNode B e au SGM q . Elles se d´efinissent alors par :
ee q eq = x eq = e z 17 avec e et e ∈ E et q ∈ Q et e 17 .x17
ee q sera ´egale a` 1 si les eNode B e et e avec e = e sont tous deux connect´es `a un seul S z 17 et 0 s’ils sont reli´es `a des SGM diff´erents. Alors,
ee = y17
ee q = e . z 17 avec e, e ∈ E et e
(
q∈Q
ee vaut 1 si les eNode B e et e sont tous deux connect´es au mˆeme SGM, et 0 sinon. y17
Le coˆ ut de la rel`eve horizontale par unit´e de temps incluant un SGM s’exp comme suit : ee You're a Preview H ee y ee ee ) + ( H 17 (1Reading − y17 17 17
e∈E e ∈E Unlock full access with ae∈E ∈E freeetrial.
ee ee En posant hq ee , la relation 3.26 devient With Free Trial : 17 = H q 17 − Hq 17Download
ee
ee
hq 17 (1 − y17 ) +
e∈E e ∈E,e =e
ee H 17
e∈E e ∈E,e =e
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avec
e∈E e ∈E,e =e
Useful ee = constante H 17
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Coˆ ut de la rel` eve verticale
Comme dans la section 3.3.3, la rel`eve verticale fait intervenir des compos appartenant aux r´eseaux UMTS et LTE. Toutefois, les conditions d’elligibilit´e des nœud y participent sont diff´erentes. En effet : 1. l’eNode B e ∈ E doit ˆetre reli´e `a un SGM qui sera lui mˆeme reli´e `a un SGSN;
2. le Node B est reli´e `a un RNC qui est, `a son tour, reli´e `a un SGSN reli´e `a un SGM
En consid´erant les relations 3.10 et 3.11, le coˆut de la rel`eve verticale par uni temps incluant le SGM s’exprime par la relation 3.28. Dans cette relation, le premier t fait r´ef´erence `a la rel`eve verticale simple et le deuxi`eme `a la rel`eve verticale complexe, il y a changement de SGM.
eq nr rg gq Hvq en 67 (x17 x23 x36 x67 )
e∈E q∈Q n∈N r∈R g∈G
+
en
gq nr rg H vq 67 (xeq 17 x23 x36 )(1 − x67 )
e∈E q∈Q n∈N g∈G You're Reading a r∈R Preview
Unlock full access with a free trial. Le coˆ ut total de l’affectation des nœuds aux commutateurs est une fonction F regroupe le coˆut des nœuds et des liaisons (1er et 2`eme terme), le coˆut de la rel`eve hori Download With Free Trial (3`eme terme) et le coˆut de la rel`eve verticale (4`eme terme).
F =
e∈E q∈Q
eq eq
x17 c17 +
g∈G q∈Q
+
gq gq
x67 c67 +
ee hq ee 17 (1 − y17 )
e∈E e ∈E
en
en
gq nr eq en (xeq )((Hv )xtitle H on v 67 up 67 to − vote this 67 x23 x17Sign 67 + H v 67 ) e∈E q∈Q n∈N r∈R g∈G Useful Not useful
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Chaque nœud SGSN doit ˆetre affect´e `a un et un seul SGM, ce qui se tradui la relation suivante : xgq 67 = 1 avec (g ∈ G)
q∈Q
De mˆeme, chaque Node B doit ˆetre affect´e `a un et un seul RNC, et chaque doit ˆetre affect´e `a un et un seul SGSN, ce qui se traduit par les relations suivantes :
xnr 23 = 1 avec (n ∈ N )
xrg 36 = 1 avec (r ∈ R)
r∈R
g∈G
La quantit´e de trafic venant des eNode B et des SGSN ne doit pas d´epass capacit´e des SGM : eq eq gq gq ( f 17 .x17 + f 67 .x67 ≤ w 2q avec q ∈ Q
Les contraintes li´ees `a laYou're lin´earisation la fonction sont d´efinies par : Reading de a Preview
Unlock full access with a free trial.
ee q eq = x eq = e z 17 avec e et e ∈ E et q ∈ Q et e 17 .x17 ee
y17 =
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ee q = e . z 17 avec e, e ∈ E et e
(
q∈Q
Ces deux contraintes ainsi d´efinies ne sont pas lin´eaires. Pour r´esoudrele prob Sign up to vote on this title avec les m´ethodes traditionnelles de programmation lin´eaire, ces contraintes seront su Useful Not useful `a des transformations. Ainsi, 3.35 et 3.36 seront remplac´ees par les contraintes suivante
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Analyse de la complexit´ e du mod` ele math´ematique
L’analyse de la complexit´ e du probl`eme d’affectation dans la planification r´eseau 4G `a partir d’un r´eseau 3G existant est influenc´ ee par le nombre et les niveau ´equipements dans l’architecture. En effet, plus il existe des niveaux d’´equipements et existe des combinaisons d’affectations. Plus il existe des combinaisons et plus nombreuses les op´erations de mises `a jour en cas de rel`eve, plus sp´ecifiquement en cas de rel`eve comp En effet, l’architecture r´esultante de l’affectation fait intervenir des ´equipements apparte `a des niveaux diff´erents, de technologies diff´erentes et par cons´equent regroupe un ense de caract´eristiques, plus diversifi´es les uns les autres. Ainsi, l’analyse de la compl´exit probl`eme sera bas´ee sur l’analyse faite de la complexit´e des deux r´eseaux impliqu´ l’architecture.
Les deux niveaux que pr´esente le r´eseau 4G/LTE le rapprochent de l’archite des r´eseaux 2G. Dans les travaux r´ealis´es pour r´esoudre le probl`eme d’affectation des You're aeme Preview 2G, les auteurs montrent l’´equivalent de Reading ce probl` `a celui du partitionnment des gra [51], [53]. Par analogie, chaque cellule par untrial. eNode B dans le r´ eseau 4G/L Unlockdesservie full access with a free par un Node B du r´eseau 3G/UMTS sera consid´er´ee comme un sommet du graphe. Les Withpaire Freede Trial des rel`eves horizontale et verticale Download entre chaque nœuds repr´esentent, en l’occ un arc reliant deux sommets du graphe. Le probl`eme d’affectation dans le pr´esent con devient donc un probl`eme NP-difficile. Il faut donc exclure l’usage d’une m´ethode exac Les m´ethodes exactes, comme l’algorithme `a ´enum´eration exhaustive, sont d up topeuvent vote on this title plexit´ e exponentielle. Elles offrent une solution exacte,Sign mais exploser avec la useful Useful Notou du probl`eme. En effet, avec e eNode B, g SGSN, s SGW et m MME q SGM, le pri de r´esolution consisterait `a effectuer un nombre de (m + s)e et (m + s)g ou de q (e+
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CHAPITRE 4
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` ADAPTATION DE LA RECHERCHE TABOUE AU PROBL EME DE ´ PLANIFICATION DES RESEAUX 4G/LTE
Ce chapitre porte essentiellement sur l’adaptation de la recherche taboue au bl`eme de planification dans les r´eseaux 4G. Ainsi, la prochaine section fera une descri sommaire de l’heuristique, suivie des ´etapes d’adaption aux r´eseaux mobiles 4G. En dans les sections subs´equentes, seront d´ecrites les ´etapes menant `a la g´en´eration de tion initiale, pour finir par la description et l’adaptation des m´ecanismes de m´emoire `a moyen et `a long terme, utilis´es pour am´eliorer les coˆuts des solutions initiales obtenu
4.1
Adaptation de la recherche taboue aux r´ eseaux 4G
La recherche taboue est une recherche locale, dont le principe de fonctionnem You're Reading a Preview repose essentiellement sur l’exploration de l’ensemble des voisins de la solution cour full access with a free Deux principaux param`etres sont Unlock `a consid´ erer dans cettrial. algorithme : la liste taboue et nure de la solution. La liste taboue est une m´emoire propre `a l’algorithme, qui garde la Download With Free Trial des solutions d`ej`a explor´ ees afin de ne pas les reproduire. Cette m´emoire permet d’ex certains choix de mouvements, et par cons´equent restreindre les voisinages de la solutio probl`eme. La notion de tenure est la dur´ee du statut tabou d’une solution. Elle est pour indiquer pendant combien d’it´erations, le mouvement g´en´erant cette solution rest bou [29]. Sign up to vote on this title Useful Not useful L’adaptation de la recherche taboue au probl`eme d’affectation dans la planific des r´eseaux 4G commence par la cr´eation d’une solution initiale. Cette solution est
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sera ensuite ´evalu´e et am´elior´e parce qu’il n’est pas optimal. Cette am´elioration se moyen de la recherche taboue qui s’ex´ecute en appliquant s´equentiellement trois m´ecani de m´emoire : un m´ecanisme de m´emoire `a court terme, un m´ecanisme de m´emoire `a m terme et un m´ecanisme de m´emoire `a long terme. Dans les deux premiers m´ecanismes rithme effectue des mouvements `a l’int´erieur d’un ensemble de voisinage (espace de reche obtenu suite aux variations de la solution initiale. Pour permettre l’exploration de plu solutions et augmenter les chances d’obtenir de bonnes solutions, cet ensemble sera d´epo de toutes contraintes de capacit´es sur les composantes du r´eseau cœur : les MME, les SG les SGM. Avec une telle approche, l’algorithme n’offre, plus pr´ecis´ement pour le m´ecan de m´emoire `a court terme, aucune garantie sur la faisabilit´e des solutions qui seront obte De ce fait, d’autres types de mouvements seront appr´ehend´es, pour le m´ecanisme de m´ `a moyen terme, afin de r´etablir les contraintes de capacit´es et assurer une certaine faisa des solutions.
Pour ´evaluer la solution obtenue, la m´ethode g´en`ere une valeur num´erique sentant le coˆ ut de la fonction objectif. Ce coˆut est le r´esultat de la sommation des coˆ liaisons de chaque affectation effectu´ee, et la sanction appliqu´ee en cas de non respec You'redans Reading Preview contraintes de capacit´es. L’algorithme son aex´ ecution, choisit `a chaque ´etape, tion ayant la meilleure ´evaluation.Unlock Ainsi, quand laa free m´ethode tombe-t-elle dans un opti full access with trial. local, l’algorithme va choisir la solution voisine qui d´egrade le moins la fonction objecti Download Freeam´ Trial optimum local est une valeur S , gard´ ee sansWith aucune elioration pendant k it´eratio tout ´el´ement S du voisinage. Pour ´eviter de conserver cette valeur, la m´ethode sauveg pour chaque mouvement retenu (dit tabou) son inverse dans la liste taboue. Cette der gardera les k derni`eres solutions, afin d’´eviter `a la m´ethode d’y revenir et par cons´ l’empˆecher de cycler autour de l’optimum local. Ces valeurs donc Sign upseront to vote on this gard´ title ees pendan nombre K max d’it´erations, ou quand elle satisferont un re useful d’aspiration. T Useful crit` certain eNot long de son ex´ecution impliquant les m´ecanismes de m´emoire `a court et `a moyen term m´ethode garde un ce ” ques” des solutio lor´ basant
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aux ´equipements du r´eseau cœur 4G, puis, un calcul du coˆut pour les deux affectations. que les ´etapes d’ex´ecution soient les mˆemes, les instructions des algorithmes diff`erent l’architecture utilis´ee. 4.2.1
Solutions initiales pour l’architecture sans couplage de nœuds
Les algorithmes re¸coivent en entr´ee le nombre d’eNode B, de SGSN, de SG de MME ; les coˆ uts de liaisons entre les eNode B et les MME du tableau 4.1 ; entre les e B et les SGW du tableau 4.2, de mˆeme que les coˆuts de liaisons entre les SGSN et les M du tableau 4.3 et ceux entre les SGSN et SGW du tableau 4.4. Ces coˆuts de liaisons g´en´er´es au moyen d’une application Matlab d´ecrite en d´etails dans le chapitre suivant. Tableau 4.1 Coˆ uts de liaisons entre les eNode B et les MME eNode B 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
MME 0 1 12 8 10 0 6 10 12 6 7 12 0 6 10 12 12 10 6 6 6 12
Tableau 4.2 Coˆ uts de liaisons e les eNode B et les SGW eNode B
2 8 6 You're Reading a Preview 3 6Unlock full access with a free trial. 6 3Download With Free Trial 6 6 3 6
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
SGW 0 1 12 12 6 10 7 8 8 12 12 0 6 16 7 12 12 4 6 12 16 8
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Tableau 4.3 Coˆ uts de liaisons entre les SGSN et les MME
2 8 6 13 6 6 3 6 6 7 6
Useful Not useful Tableau 4.4 Coˆ uts de liaisons e les SGSN et les SGW
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C (n) telle que :
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C (n) ≤ (C min + α(C max − C min))
Les nœuds candidats, C max, repr´esentent l’ensemble des SGW et des MM r´eseau. Alors, C max sera ´egale `a |M| ou `a |S|. Le premier nœud du r´eseau, C min, sera ´egal α repr´esente la graine al´eatoire comprise dans les intervalles [0, |M|] et [0, |S|], comme dans l’algorithme 1. Pour chaque affectation, l’algorithme renvoie un coˆut total comp la sommation des coˆuts de liaison entre les eNode B et les SGW et MME, et celle des coˆ liaisons entre les SGSN et les SGW et MME auxquels ils sont affect´es. L’algorithme quand tous les eNode B et tous les SGSN sont affect´es. Tableau 4.5 Affectation des eNode B aux MME et SGW eNode B MME SGW 0 2 0 1 0 1 2 1 2 3 0 1 4 1 2 You're Reading a Preview 5 0 1 6 full access 1with a free0trial. Unlock 7 2 2 8 1 Free Trial 0 Download With 9 2 1
Tableau 4.6 Affectation des SGSN aux MME et SGW SGSN 0 1 2
MME 1 0 2
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0 et 4 sont affect´es au MME 1. Les eNode B 0, 7 et 9, et le SGSN 2 sont affect´es au MM De mˆeme, aux SGW 0, 1 et 2, les tableaux montrent les affectations respectives des B 0, 6 et 8 et du SGSN 2, des eNode B 1, 3, 5, 9 et des SGSN 1, 3, des eNode B 2, 4 des SGSN 0, 4. e 7
s2 m2 g2
e2
e 9
g1
g4
e 0
s1
e 5
g0
m0
e 1 m1
g3 Reading a Preview You're
Unlock full access with a free trial. e3
e 4
s0
Download With Free Trial e 6
e8
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eNode B
SGSN
MME
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Algorithme 1 Pseudo code de la solution initiale stochastique pour l’architecture sans cou de nœuds Lecture : - du nombre d’eNode B e, de MME m, de SGW s, de SGSN g, - des coˆ uts de liaison TabCLeNB MME, TabCLeNB SGW, TabCL SGSN M TabCL SGSN SGW C min = 0 C maxMME = m, C maxSGW = s idMME = 0, idSGW = 0 affectationeNB MME = 0, affectationeNB SGW = 0 affectationSGSN MME = 0, affectationSGSN SGW = 0 CAffectation = 0 Pour tout E [i] faire You're Reading a Preview idMME = C min + r.nextInt(C maxMME − C min) Unlock full] access = 1 with a free trial. affectationeNB MME [i][idMME CAffectation = +TabCLeNB MME [i][idMME ] ) Trial idSGW = C min + r.nextInt(C C minFree Download With maxSGW − affectationeNB SGW [i][idSGW ] = 1 CAffectation = +TabCLeNB SGW [i][idSGW ] Fin Pour Affecter l’eNode B i au MME idMME et au SGW idSGW
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Pour tout G[ j] faire idMME = C min + r.nextInt(C maxMME − C min)
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L’algorithme initial de coˆut minimum affecte chaque eNode B e et chaque SG au MME m et au SGW s de coˆ ut minimum. Cette solution ressemble `a une solution glout d´eterministe dans le sens qu’elle construit une solution progressive en faisant une sui choix d´efinitifs sans retour. Dans cet algorithme, les candidats repr´ esentent l’ensembl noeuds, le crit`ere de choix d’un ´el´ement est le coˆut minimum et l’algorithme s’arrˆete q il n’y a plus de noeuds `a affecter. Ainsi, chaque eNode B e et chaque SGSN g sera affe un MME m et un SGW s de coˆut de liaisons minimum, comme le montrent les tableau a` 4.10.
Tableau 4.7 Affectation des eNode B aux MME pour l’algorithme de coˆut minimum eNode B MME 0 MME 1 MME 2 0 0 0 1 1 0 1 0 2 0 0 1 3 0 1 0 4 0 0 1 5 You're Reading 1 0 0 a Preview 6 0 0 1 Unlock full access with a free trial. 7 0 0 1 8 0 0 1 Download With Free Trial 9 1 0 0
Tableau 4.8 Affectation des SGSN aux MME pour l’algorithme de coˆut minimum SGSN 0 1 2
MME 0 1 0 0
up to 2 vote on this title MME 1 Sign MME 0 Useful 0 Not useful 0 1 0 1
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Tableau 4.9 Affectation des eNode B aux SGW pour l’algorithme de coˆut minimum eNode B 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
SGW 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0
SGW 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0
SGW 2 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1
Tableau 4.10 Affectation des SGSN aux SGW pour l’algorithme de coˆut minimum SGSN SGW 0 SGW 1 SGW 2 0 1 0 0 1 You're0Reading a1Preview 0 2 0 0 1 3 Unlock full 1 access with0 a free trial. 0 4 1 0 0 Download With Free Trial
Les param`etres du r´eseau une fois lus, l’algorithme 2 fait l’initialisation des coˆ liaisons des tableaux 4.1 `a 4.4, et proc`ede ensuite, `a l’affectation des eNode B et des SG Les tableaux 4.7, 4.8, 4.9, 4.10 montrent les r´esultats de la solution initiale obtenue. Dan (i, k tableaux, l’eNode B de la ligne i est affect´e `a un SGMSign de la la case upcolonne to vote on k si this title la valeur 1, et 0 sinon. De mˆeme, un SGSN de la ligne j affect´ e `aNot unuseful SGM de la colon Useful est si la case ( j, k) re¸coit la valeur 1, et 0 sinon. Ainsi, le tableau 4.7 montre qu’au MME 0 affect´ es les eNode B 5 et 9, et les SGSN 0 et 4. Au MME 1 sont affect´ es les eNode B
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Algorithme 2 Pseudo code de la solution initiale de coˆut minimum pour l’architecture couplage de nœuds
Lecture : du nombre d’eNode B e, de MME m, de SGW s, de SGSN g ; des coˆ liaison TabCLeNB MME, TabCLeNB SGW, TabCL SGSN MME et TabCL SGSN S Initialisation : C Lem = C Les = C Lgm = C Lgs = 0 Pour tout eNode B e faire MeilleurC = +∞ MeilleurMM E = 0 Pour tout MME m faire Si C Lem ≤ M eilleurC alors MeilleurC := C Lem Meilleur MM E := m Fin Si Fin Pour Affecter l’ENode B e au MME MeilleurMM E MeilleurC = +∞ MeilleurSGW = 0 Pour tout SGW s faire Si C Les ≤ M eilleurC alors You're Reading a Preview MeilleurC := C Les Meilleur SGW := s Unlock full access with a free trial. Fin Si Fin Pour Download With Free Trial Affecter l’ENode B e au SGW M eilleurSGW Fin Pour Pour tout SGSN g faire MeilleurC = +∞ MeilleurMM E = 0 Sign up to vote on this title Pour tout MME m faire Useful Not useful Si C Lgm ≤ M eilleurC alors MeilleurC := C Lgm Meilleur
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Solutions initales pour l’architecture avec couplage de nœuds
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Les algorithmes al´eatoire et de coˆut minimum seront repr´esent´es respecti par les algorithmes 3 et 4. Ils re¸coivent en entr´ ee le nombre d’eNode B, de SGSN SGM; les coˆ uts de liaisons entre les eNode B et les SGM du tableau 4.11, de mˆeme les coˆ uts de liaisons entre les SGSN et les SGM du tableau 4.12. Les coˆ uts de liaison ´et´e g´en´er´es par une application Matlab, dont les explications se trouvent au chapitre 5 exemple de r´esultats de ces algorithmes sera pr´esent´e dans les sections suivantes pou r´eseau comportant 10 eNode B, 5 SGSN et 3 SGM.
Tableau 4.11 Coˆ uts de liaisons des eNode B aux SGM eNode B
SGM 0 1 2 0 12 8 8 1 10 0 6 2 6 10 3 3 12 6 6 You're Reading a Preview 4 7 12 6 Unlock5full access0with a6free trial. 3 6 10 12 6 Download With 7 12 Free 10 Trial 6 8 6 6 3 9 6 12 6
up toaux vote SGM on this title Tableau 4.12 Coˆ uts de liaisons desSign SGSN Useful Not useful SGSN SGM 0 1 2
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total des affectations est calcul´ e en fonction de la sommation des coˆuts de liaisons ent nœuds eNode B et SGM, et celle des coˆuts de liaisons entre les SGSN et les SGM auxque sont affect´es. Cette solution se r´ealise avec comme unique contrainte celle d’affecter eNode B e et chaque SGSN g `a un seul SGM q . Tableau 4.13 Affectation des eNode B aux SGM eNode B 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
SGM 0 2 1 0 2 1 0 1 2 0
You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial. aux SGM Tableau 4.14 Affectation des SGSN
SGSNWith SGM Download Free Trial 0 1 2 3 4
2 1 2 0 1
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Les tableaux 4.13 et 4.14 montrent les r´esultats de la solution initiale quand
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e 7
g2 e 9
e 0
q2 g0
g1
e2
g4
q1 q0 g3
You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial. e 5 6 e
e 4
Download With Free Trial e8
eNode B
SGSN
e3
e 1
SGM
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Useful Not useful Figure 4.2 Topologie pour une architecture avec couplage de nœuds
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Algorithme 3 Pseudo code de la solution initiale stochastique pour l’architecture sans cou de nœuds
Lecture : du nombre d’eNode B e, de MME m, de SGW s, de SGSN g, des coˆuts de li TabCLeNB SGM et TabCL SGSN SGM C min = 0 C maxSGM = q idSGM = 0 affectationeNB SGM = 0, affectationSGSN SGM = 0 CAffectation = 0 Pour tout E [i] faire idSGM = C min + r.nextInt(C maxSGM − C min) You're] = Reading a Preview 1 affectationeNB SGM [i][idSGM CAffectation = +TabCLeNB SGM [i][idSGM ] Unlock full access with a free trial. Fin Pour Download With Free Trial
Affecter le l’eNode B i au SGM idSGM
Pour tout G[ j] faire idSGM = C min + r.nextInt(C maxSGM − C min) affectationSGSN SGM [ j][idSGM ] = 1 CAffectation = +TabCLeNB SGM [ j][idSGM ]Sign up to vote on this title Useful Not useful Fin Pour Affecter le SGSN j au SGM idSGM
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L’algorithme de coˆut minimum, tel que d´ecrit dans l’algorithme 4 pour l’archite avec couplage de nœuds, affecte chaque eNode B e et chaque SGSN g `a un SGM q de de liaison minimum. Les r´esultats obtenus sont repr´esent´es dans les tableaux 4.15 et 4.1 sont soumis seulement aux contraintes d’unicit´ e qui permettent d’affecter chaque eNode et chaque SGSN g `a un seul SGM q .
Tableau 4.15 Affectation des eNode B aux SGM avec l’algorithme de coˆut minimum eNode B SGM 0 SGM 1 SGM 2 0 1 0 0 1 0 1 0 2 0 0 1 3 0 1 0 4 0 0 1 5 1 0 0 6 0 0 1 7 0 0 1 8 0 0 1 9 You're Reading 1 0 0 a Preview Unlock full access with a free trial.
Tableau 4.16 Affectation des SGSN aux SGM avec l’algorithme de coˆut minimum Download With Free Trial
eNode B 0 1 2 3 4
SGM 0 1 0 0 0 1
SGM 1 SGM 2 0 0 0 1 0 1 0 Sign up1to vote on this title 0 Useful 0 Not useful
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Algorithme 4 Pseudo code de la solution initiale de coˆut minimum avec couplage de nœ uts de liaison Lecture : du nombre d’eNode B e, de SGM q , de SGSN g ; des coˆ CLeNB SGM et TabCL SGSN SGM Initialisation : C Leq = C Lgq = 0 Pour tout SGM q faire MeilleurC = +∞ MeilleureNodeB = 0 Pour tout eNode B e faire Si C Leq ≤ M eilleurC alors You're Reading a Preview MeilleurC := C Leq Meilleur eNodeB := e Unlock full access with a free trial. Fin Si Fin Pour Download With Free Trial Affecter l’ENode B MeilleureNodeB au SGM q MeilleurC = +∞ MeilleurSGSN = 0 Pour tout SGSN g faire Si C Lgq ≤ M eilleurC alors MeilleurC := C Lgq Meilleur SGSN := g Fin Si
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M´ emoire ` a court terme
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La m´emoire a` court terme ou tabou de base est le premier m´ecanisme d´ecle ` partir `a l’ex´ecution de l’algorithme de recherche taboue d´ecrit dans la figure 4.7. A solution initiale g´en´er´ee, la m´emoire `a court terme ex´ecute un ensemble de mouvements mouvements permettent de g´en´erer de nouvelles solutions devant am´eliorer la solutio d´epart. Un certain nombre de ces solutions sont gard´ees en m´emoire (Liste Taboue), fins d’utilisation lors de l’application des m´ecanismes a` moyen et `a long terme. Dans la de cette section seront d´ecrites les diff´erentes caract´eristiques de la m´emoire `a court te Ce sont : les types de mouvements, les gains g´en´er´es `a l’application de ces mouvemen liste taboue, le crit`ere d’aspiration qui permet d’annuler le caract`ere tabou d’un mouve et en dernier lieu, la fonction qui permet d’´evaluer la solution trouv´ee.
4.3.1
Mouvements
Soit s ∈ S , une solution courante. Soit N (s) l’ensemble des solutions voisin s, obtenues en faisant varier s au moyen de mouvements. Pour la m´emoire `a court term You're Reading a Preview mouvements consistent `a faire la r´eaffectation des nœuds eNode B e, et SGSN g aux ´ Unlock full access with a free trial. ments du r´eseau cœur. Ces mouvements de r´eaffectation diff`erent, suivant que l’archite consid`ere, ou non un couplage de nœuds. Download With Free Trial
Dans l’architecture sans couplage de nœuds, plusieurs types de mouvemen r´eaffectation peuvent ˆetre ´elabor´es. Ainsi, pour passer de la solution initiale fournie algorithmes 1 et 2 `a une nouvelle solution, quatre types de mouvements sont utili consistent en une : Sign up to vote on this title
Useful Not useful – r´eaffectation d’un eNode B e `a un MME m, not´e M 1 (e, m) ; r´eaffectation d’un eNode B
`a un SGW
t´ M (
)
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ou de SGSN entraˆınera n´ecessairement un changement du MME et du SGW d’attach r´esum´e, les deux types de mouvements qui seront consid´er´es pour l’architecture sans coup de nœuds sont les suivants : – r´eaffectation d’un eNode B e `a un MME m et un SGW g, not´e M 1 (e,m,s) ; – r´eaffectation d’un SGSN g `a un MME m et un SGW g, not´e M 2 (g,m,s).
Dans l’architecture avec couplage de nœuds, toute modification de la solution in fournie par les algorithmes 3 et 4 sera faite au moyen de deux mouvements fondamen qui consistent en une : – r´eaffectation d’un eNode B e `a un SGM q , not´e M 1 (e, q ) ; – r´eaffectation d’un SGSN g `a un SGM q , not´e M 2 (g, q ).
Dans la planification d’un r´eseau 4G/LTE a` partir d’un r´eseau 3G/UMTS, ´equipements du r´eseau UMTS sont d´ej`a positionn´es de mani`ere a` ´equilibrer la r´epa de la charge du trafic qui y circule. L’ajout de nouveaux You're Reading a Preview´equipements permettra de ou de transiter une partie de cette charge afin d’augmenter la performance du r´eseau Unlock full access with a free trial. mouvements de r´eaffectation pour chacun des nœuds seront donc r´ealis´es successi Download Withde Free pour g´en´erer l’ensemble des solutions voisines repr´esent´e par N (s). Chacun d s, Trial mouvements s’accompagne d’un certain gain g´en´er´e par rapport `a la solution courante
4.3.2
Calcul des gains
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Useful Not useful Le calcul de gain introduit dans ce m´emoire permet de d´eterminer le choix du n
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SGW s. Cette relation s’exprime par :
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(R(e, e ) + R(e , e))(X +CL + CL − CL − CL G (e,m,s) = 0
em
es
em
X es − X em X es)
e,e ∈E m,m ∈M s,s ∈S em
es
pour m et s = s sinon.
1
La fonction de gain, telle que d´efinie, fait intervenir plusieurs ´el´ements qui sont : – R(e, e ) le coˆut total de la rel`eve entre les eNode B e et e ;
– X em une variable bool´eenne de valeur 1 si l’eNode B e est reli´e au MME m, et 0 s You're Reading a Preview – X es une variable bool´eenne de valeur 1 si l’eNode B e est reli´e au SGW s, et 0 si Unlock full access with a free trial.
– m et s qui repr´ esentent respectivement le MME et le SGW d’attache de l’eNode Download With Free Trial – m et s qui repr´ esentent respectivement le MME et le SGW d’attache de l’eNode – CLem qui repr´esente le coˆut de liaison entre l’eNode B e et le MME m.
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La figure 4.3 fait une illustration du calcul de gain, pour le mouvement effectu´e d’un B e1 vers un MME m3 et un SGW s3, not´e M 1 (e1, m3, s3).
M ME m1
S G W
MME
s2
m2
SGW s1
CL2 eNode eNB B
MME
SGW
m3
s3
CL3
e4 e4
CL1
CL4
eNB B eNode
eNode eNBB
eNode eNB B
e3 e3
e1 e1
eNB B eNode
eNB B eNode
e5
e6 e6
You're Reading a Preview
e2 e2
Unlock full access with a free trial. Relève (-) Download With Free Trial Relève (+)
= (relève(e1,e2) + relève(e1,e3) - relève(e1,e5) relève(e1,e6) G(eG1(e1,m3,s3) e1, e2) + releve C L1 − CL 2 1, q 3) = releve (e1, e3) − releve (e1, e5) −- releve (e1, e6)++CL1+CL2-CL3-CL4
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Useful Not useful Figure 4.3 Calcul de gain impliquant un eNode B (sans couplage de nœuds)
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Algorithme 5 G´en´eration de gain impliquant un eNode B (sans couplage de nœuds
Entr´ ee : Nombre d’eNode B e, de MME m et de SGW s Initialisation : Tableaux d’affectation, tableaux de coˆut de liaison, tableaux de co rel`eve Pour tout eNode B e faire D´eterminer le MME m et le SGW s d’attache de l’eNode B dans la solution cou avant l’application du mouvement M 1 (e,m,s) D´eterminer V l’ensemble de voisinage de l’eNode B e Pour tout eNode B e faire Si e est affect´e au MME m et au SGW s alors V={e } S 1 = Sommation des coˆuts de rel`eve avec les voisins e de e Fin Si Fin Pour D´eterminer les eNode B affect´es au nouveau MME m et au nouveau SGW s Pour tout eNode B e” faire Si e” est affect´e au MME m et au SGW s alors V={e } You're Reading a Preview S 2 = Sommation des coˆuts de rel`eve avec les voisins e de e Unlock full access with a free trial. Fin Si Fin Pour Download With Trial − CL G(e,m,s) = S 1 + S 2 + CLem + CL es − CL emFree es Fin Pour
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Le calcul du gain devient plus complexe quand le mouvement implique des nœ appartenant `a des r´eseaux diff´erents : 3G/UMTS, 4G/LTE. Un mouvement de r´eaffe d’un SGSN g `a un MME m et un SGW s fait intervenir deux autres nœuds, les Node et les RNC r qui appartiennent respectivement aux niveaux 1 et 2 du r´eseau 3G/UMTS type de mouvement fait intervenir le coˆut des rel`eves verticales. Ainsi, la r´eaffectation SGSN g `a un MME m et un SGW s g´en`ere un gain G 2 (g,m,s) ´egale `a la diff´erence sommation des coˆ uts de rel`eve verticale du SGSN g et tous les eNode B e reli´es au MM et au SGW s du mouvement initial, et la sommation des coˆuts de rel`eve verticale du SG et tous les eNode B e reli´es aux nouveaux MME m et SGW s. Puisque ces rel`eves se au niveau des Node B et eNode B, alors, le calcul fera intervenir les coˆuts de rel`eve entr deux nœuds. Le calcul du gain est donc repr´esent´e par l’expression suivante :
(R(e, + R(n, n) e))Y Y (X +CL + CL − CL − CL G (g,m,s) = You're Reading a Preview 0 nr
rg
gm
X gs − X gm X gs )
e∈E m∈M s∈S gm
gs
gm
gs
2
Unlock full access with a free trial.
Avec
pour m et s = s sinon.
Download With Free Trial
– R(e, n) le coˆut total de la rel`eve verticale entre l’eNode B e et le Node B n ;
– X gm variable bool´eenne de valeur 1 si le SGSN g est reli´e au MME m et 0 sinon; – X gs variable bool´eenne de valeur 1 si le SGSN g est e vote au SGW et 0 sinon; Sign reli´ up to on this s title Useful Not useful – Y variable bool´eenne de valeur 1 si le Node B au RNC r et 0 sinon; n est reli´e nr
– Y variable bool´eenne de valeur 1 si le RNC r est reli´e au SGSN g et 0 sinon;
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Une ´evaluation du gain dans un mouvement M 2 (g, m2, s2), d’un SGSN g ve MME m2 et un SGW s2, est faite dans l’exemple de la figure 4.4.
M M E
MME m1
m2
C L3
CL1
S GW
C L2
SGSN g1
s2
S GW s1
CL4 RNC r1
eNode eNB B
eNB B eNode
Node NB B
NB B Node
e1 e1
e2
n1 n1
n2 n2
eNB B Node e3 n3
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Relève (+)
Relève (-)
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G2(g, m2, s2) = v
+
releve(e1, n1) + releve(e1, n2) + releve(e2, n1) releve(e2, n2) −
releve(e3, n1) −
releve(e3, n2)
CL4 +CL1 + C L2 − CL3 −
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Figure 4.4 Calcul du gain impliquant un SGSN (sans couplage de nœuds)
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Algorithme 6 Calcul de gain impliquant un SGSN (sans couplage de nœuds)
Entr´ ee : Nombre d’eNode B e, de MME m, de SGW s de Node B n et de SGSN g Initialisation : Tableaux d’affectation, tableaux de coˆut de liaison, tableaux de co rel`eve, tableau d’affectation des Node B au SGSN
Pour tout eNode B e faire D´eterminer le MME m et le SGW s d’attache dans la solution courante avant l’app tion du mouvement G2 (g,m,s) D´eterminer V n l’ensemble des Node B voisins de l’eNode B e Pour tout SGSN g faire Si g est affect´e au MME m et le SGW s alors Pour tout Node B n faire parcourir le tableau d’affectation des Node B au SGSN Si n est affect´e au SGSN g alors You're Reading a Preview V n={n} coˆ uts rel`ewith ve aavec les voisins e de g S 1 = Sommation desUnlock fullde access free trial. Fin Si Fin Pour Download With Free Trial Fin Si Fin Pour D´eterminer les SGSN affect´es aux nouveau MME m et le SGW s Pour tout SGSN g” faire Si g” est affect´e au SGM q alors Sign up to vote on this title Pour tout Node B n faire parcourir le tableau d’affectation des NodeBUseful au SGSN Not useful Si n est affect´e au SGSN g alors V ={n }
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Dans l’architecture avec couplage de nœuds, le gain g´en´er´e dans un mouve impliquant un eNode B e est repr´esent´e par G1 (e, q ) , et par G2 (g, q ) celui g´en´er´e SGSN. Ainsi, la fonction de gain d’un mouvement M 1 (e, q ) impliquant un eNode B repr´esent´ee par la relation suivante :
(R(e, e ) + R(e , e))(X +CL − CL G (e, q ) =
eq
− X eq )
e,e ∈E q,q ∈Q
eq
1
eq
pour q = q sinon.
0
La fonction de gain fait intervenir les ´el´ements comme : – X eq variable bool´eenne de valeur 1 si l’eNode B e est reli´e au SGM q et 0 sinon – q repr´esente le SGM d’attache de l’eNode B e ; – q repr´esente le SGM d’attache de l’eNode B e ; – CLeq repr´esente le coˆut de liaison entre l’eNode B e et le SGM q . You're Reading a Preview
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De mˆeme, la fonction de gain d’un mouvement M 2 (g, q ) impliquant un SG s’exprime comme suite : Download With Free Trial
(R(e, n) + R(n, e))Y Y (X − X ) +CL − CL G (g, q ) = pour q = Sign up to vote on this title nr
rg
gq
gq
e∈E n∈N r∈R g∈G q,q ∈Q gq
2
0
avec
gq
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sinon.
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Avec f (S ) le coˆut de la fonction courante S , G1 (e, q ), le gain impliquant un eNode G2 (g, q ), le gain impliquant un SGSN.
Algorithme 7 G´en´eration de gain impliquant un eNode B (avec couplage de nœuds
Entr´ ee : Nombre d’eNode B e, de SGM q et de SGSN g Initialisation : Tableaux d’affectation, tableaux de coˆut de liaison, tableaux de co rel`eve
Pour tout eNode B e faire D´eterminer le SGM q d’attache de l’eNode B dans la solution courante avant l’app tion du mouvement G(e, q ) D´eterminer V l’ensemble de voisinage de l’eNode B e Pour tout eNode B e faire Si e est affect´e au SGM q alors V={e } Reading a Preview ts de rel` eve avec les voisins e de e S 1 = Sommation des coˆuYou're Fin Si Unlock full access with a free trial. Fin Pour D´eterminer les eNode B affect´ es au nouveau SGMTrial q Download With Free Pour tout eNode B e” faire Si e” est affect´e au SGM q alors V={e } S 2 = Sommation des coˆuts de rel`eve avec les voisins e de e Fin Si Sign up to vote on this title Fin Pour G(e, q ) = S 1 + S 2 + CLeq − CLeq Useful Not useful Fin Pour
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La figure 4.5 fait une illustration du calcul de gain pour le mouvement effectu´e d’un B 1 vers un SGM q3, not´e M 1 (e1, q 3).
SGM q2
SGM q1
SGM q3
eNB B eNode e4 e4
CL2
CL1
eNode eNB B
eNB B eNode
e2 e2
e1
eNode eNB B
eNB B eNode
e5 e5
e3 e3
eNode eNB B e6 e6
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Relève (-)
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G1(e1,q3) G(e1, q 3) = releve(e1, e2) + releve(e1, e3) − releve(e1, e5) − releve(e1, e6) + CL1 − CL
Figure 4.5 Calcul de gain impliquant un eNode B (avec couplage de nœuds) Sign up to vote on this title
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Une ´evaluation du gain dans un mouvement M 1 (g, q 2) d’un SGSN g vers un q2 est faite dans l’exemple de la figure 4.6.
SGM q2 SGM q1
CL1 SGSN g1
C L2
RNC r1
eNode eNB B
eNode eNB B
e1 e1
e2 e2
NB B Node
Node NB B
n1
n2 n2
Node eNB B n3 e3
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G (g, q 2) = releve(e1, n1) + releve(e1, n2) + releve(e2, n1) G2(g1,q2) v
+releve(e2, n2) − releve (e3, n1) − releve (e3, n2) + CL1 − CL2 Sign up to vote on this title
Useful Not useful Figure 4.6 Calcul de gain impliquant un SGSN (avec couplage de nœuds)
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Algorithme 8 G´en´eration de gain impliquant un SGSN (avec couplage de nœuds)
Entr´ ee : Nombre d’eNode B e, de SGM q de Node B n et de SGSN g Initialisation : Tableau d’affectation des SGSN au SGM, tableaux de coˆut de lia tableaux de coˆut de rel`eve, tableau d’affectation des Node B au SGSN Pour tout eNode B e faire D´eterminer le SGM q d’attache dans la solution courante avant l’application du vement G(g, q ) D´eterminer V l’ensemble de voisinage de l’eNode B e Pour tout SGSN g faire Si g est affect´e au SGM q’ alors V={g} Pour tout Node B n faire parcourir le tableau d’affectation des Node B au SGSN You're Reading a Preview Si n est affect´e au SGSN g alors coˆ uts rel`ewith ve aavec les voisins e de g S 1 = Sommation desUnlock fullde access free trial. Fin Si Fin Pour Download With Free Trial Fin Si Fin Pour D´eterminer les SGSN affect´es au nouveau SGM q Pour tout SGSN g” faire Si g” est affect´e au SGM q alors Sign up to vote on this title V={g } Pour tout Node B n faire Useful Not useful parcourir le tableau d’affectation des Node B au SGSN Si n est affect´e au SGSN g alors
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Liste taboue
La recherche taboue utilise une m´emoire explicite qui conserve les informations ou moins compl`etes des recherches d´ej`a effectu´ees. Les ´el´ements de la liste sont des coup des triplets de nœuds affect´es. Chaque ´el´ement identifie un mouvement impliquant, eNode B, soit un SGSN. Ainsi, pour chacun des mouvements dits tabou, le mouvement inv sera gard´e dans cette liste. Puisque ces deux mouvements seront appliqu´es s´epar´ement seule liste taboue, LT , sera impl´ement´ee.
Dans l’exploration des solutions voisines de la solution courante, certaines solu peuvent orienter la recherche vers des espaces trop ´eloign´es, avec peu de chance d’y re Pour ´eviter un tel sc´enario, la recherche sera effectu´ee pendant un nombre K max d’it´er fix´e au cours de l’impl´ementation. Lorsque l’exploration s’´eloignera des solutions r´eali un m´ecanisme de rappel sera utilis´e pour rediriger l’exploration vers de nouvelles solu r´ealisables. Pour ce faire, l’algorithme applique une p´enalit´e aux gains des mouvements You're Reading nant `a toute solution non r´ealisable. Le rappel seraa Preview d´eclench´e apr`es un nombre NRESP qui cumule le nombre de solutionsUnlock cons´efull cutives nona r´ ealisables. Ce m´ecanisme de rappe access with free trial. d´esactiv´e `a la premi`ere solution faisable rencontr´ee lors de l’exploration du voisinag With Free p´enalit´e est une valeur num´eriqueDownload qui est appliqu´ ee Trial au gain des mouvements qui ess d’affecter un eNode B ou un SGSN aux ´equipements du r´eseau cœur (MME, SGW ou S ayant d´ej`a une capacit´e r´esiduelle n´egative.
La recherche taboue, lors de l’exploration de l’espace deonsolutions, peut tom Sign up to vote this title sur un optimum local qui n’am´eliore pas la solutioncourante. Si Not apr` es un nombre Useful useful d’it´erations, un mouvement d´ej`a tabou permet d’am´eliorer la solution courante, un d’aspiration utilis´ Ainsi, lors de l’exploration de l’espace de recherche, la m´
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est taboue. Ainsi, il permet `a l’algorithme, d’annuler temporairement le crit` ere tabo mouvement `a la base de la solution trouv´ee, afin de le rendre disponible.
4.3.5
Fonction d’´ evaluation
` partir d’une configuration donn´ee, la fonction d’´evaluation renseigne su A pect ou non des contraintes de capacit´e des ´equipements du r´eseau cœur (MME, SGW SGM). Ainsi, `a chaque mouvement r´ealis´e, la fonction calcule la capacit´e r´esiduelle de de ses ´equipements, en faisant la diff´erence entre la capacit´e initiale de l’´equipement e des nœuds participant dans l’affectation. Dans le cas o`u la capacit´e r´esiduelle est n´ la fonction retourne ´egalement la p´enalit´e qui sera appliqu´ee.
4.4
M´ emoire ` a moyen terme
Le m´ecanisme de m´emoire `a moyen terme consiste `a visiter, p´eriodiquemen zones de l’espace de recherche qui semblent particuli`erement ˆetre prometteuses. Ces zon You're Reading a Preview recherche sont d´etermin´ees `a partir des r´esultats obtenus dans la m´emoire `a court term Unlock full access with a free trial. effet, lors de son ex´ecution, l’algorithme 4.7 sauvegarde `a chaque it´eration les meilleure tions trouv´ees de la m´emoire `a court terme. Le m´ecanisme d’intensification, pour s’ex´ Download With Free Trial va choisir parmi ces solutions celle ayant le plus faible gain. Pour poursuivre la reche diff´erents types de mouvements sont ex´ecut´es et un crit`ere d’arrˆet est d´efini. De mˆeme liste de type FIFO (First In, First Out) m´emorisant les derni` eres meilleures solution cr´e´ee. Cette liste, de taille ILT , contient les informations en rapport `a la topologie Sign up to vote on this titlede cette solu solution, son coˆ ut et le tableau de gain g´en´er´e par le mouvement `a l’origine useful Useful Not de Toutes ces informations permettent de restaurer au besoin le contexte la recherche.
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L’architecture sans couplage de nœuds pr´esente un mouvement de :
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– permutation des eNode B e1 et e2, not´e m 1 (e1, e2) ; – permutation d’un SGSN g et d’un eNode B e, not´e m 2 (e, g) ; – d´eplacement d’un eNode B e `a un MME m et un SGW s not´e m 3 (e,m,s) ; – d´eplacement d’un SGSN g `a un MME m et un SGW s not´e m 4 (g,m,s). Dans l’architecture avec couplage de nœuds, sera consid´er´e un mouvement d – permutation des eNode B e1 et e2, not´e m 1 (e1, e2) ; – permutation d’un SGSN g et d’un eNode B e, not´e m 2 (e, g) ; – d´eplacement d’un eNode B e `a un SGM q , not´e m3 (e, q ) ; – d´eplacement d’un SGSN B g a` un SGM q , not´e m 4 (g, q ).
La permutation fait intervenir s´epar´ement deux eNode B ou deux SGSN. Ce ment se r´ealise en deux ´etapes qui consistent : `a choisir les deux premiers nœuds en s’appu sur l’estimation des gains et ensuite, `a lesReading affecter. Tel qu’il est d´efini, ce mouvement p You're a Preview diviser en deux mouvements d’affectation cons´ecutifs. Cependant, contrairement `a la m´ Unlock full access with a free trial. `a court terme, entre l’affectation du premier nœud et l’affectation du deuxi` eme, le tablea gains n’est pas mis `a jour. Ainsi, dans la premi` ereFree ´etape, Download With Triall’algorithme parcourt le tablea gain de la solution d’´elite retenue et s´electionne les deux nœuds ayant le plus faible est `a remarquer qu’apr`es le d´eplacement du premier nœud, le deuxi`eme pr´ealablement ` la deuxi`eme ´etape, chacun de ces nœud n’est plus forc´ ement le meilleur `a d´eplacer. A affect´e aux ´equipements du r´eseau cœur, les MME, et les SGW dans l’architecture sans Sign up to vote on this title plage de nœuds, ou les SGM, dans l’architecture avec couplage de nœuds. Apr` es l’applic Useful Not useful des deux mouvements, le gain est ensuite calcul´ e. En se basant sur les gains obtenu op´erations pr´ec´edentes, les autres choix de mouvements qui seront effectu´es seront libre
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permutation qui s’applique sur des solutions faisables ne tient pas compte des contraint capacit´es des ´equipements du r´eseau cœur (MME, SGW ou SGM). Le choix des mouvem s’appuyait uniquement sur l’estimation des gains et permettait d’obtenir de bonnes solu pas n´ecessairement faisables. Les mouvements de d´eplacement effectu´es permettent taurer les contraintes de capacit´es et, en mˆeme temps, de diminuer les p´enalit´es app `a la solution. Les ´etapes de ce mouvement sont d´efinies suivant que l’architecture com ou non un couplage de nœuds.
Quand il n’existe pas de couplage de nœuds, les mouvements de d´ eplac m3 (e,m,s) et m 4 (g,m,s), consistent `a : – d´eterminer le MME m et SGW s de capacit´e r´esiduelle minimale ; – trouver l’eNode B e ou le SGSN g , qui g´en`ere le volume de trafic minimal ; – affecter ces nœuds e ou g au MME m et SGW s de capacit´e r´esiduelle suffisant permettent d’obtenir le gain minimal. Avec une architecture pr´esentant un couplage de nœuds, les mouvements de cement m 3 (e, q ) et m 4 (g, q ) consistent `a : You're Reading a Preview – d´eterminer le SGM q de capacit´e r´esiduelle minimale ; Unlock full access with a free trial. – trouver l’eNode B e ou le SGSN g , qui g´en`ere le volume de trafic minimal ; – affecter ces nœuds e ou g Download au SGM With capacit´ e r´esiduelle suffisante qui q deFree Trial d’obtenir le gain minimal.
Le d´eplacement, en utilisant les tableaux de gains pour le choix des mouvem permet en mˆeme temps de respecter les contraintes de capacit´es. Pour ce faire, un param Signtrouv´ up to e vote titlee. Le mouve es, on estthis utilis´ nirespect qui compte le nombre de solutions non faisables Useful Not useful de d´eplacement s’active quand nirespect atteint le seuil fix´e dans l’impl´ementation demeure tant que les solutions trouv´ ees ne sont pas faisables. Pour ce mouvement, une
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M´ emoire ` a long terme
La diversification ou m´emoire `a long terme est une technique qui permet d riger la recherche vers des r´egions inexplor´ ees. Elle dispose d’un tableau de statistiqu dimension nxm avec n, le nombre total de nœuds (eNode B, SGSN) et m le nombre pements du r´eseau cœur (MME, SGW ou SGM ). Dans ce tableau est cumul´e le nomb fois un nœud n est reli´e `a un ´el´ement m. La technique de diversification utilis´ee ici diversification par relance. Elle consiste `a s´electionner dans les statistiques g´en´er´ees l’ex´ecution des m´ecanismes de m´emoire `a court et `a moyen terme, une nouvelle solutio d´epart de l’algorithme. Cette solution est par cons´equent tr`es diff´erente que celles util pour les deux autres m´ecanismes. Elle permet ainsi `a l’algorithme de mieux diversifi recherche pour un nombre de relances d´etermin´e au moyen d’un param`etre nbstart fi dant l’impl´ementation. Chaque relance permet d’effectuer une nouvelle recherche qui en compte les m´ecanismes de m´emoire `a court terme et `a moyen terme. 4.5
Conclusion
You're Reading aqui Preview Ce chapitre pr´esente deux adaptations peuvent ˆetre faites de la recherch boue, au probl`eme de planification d’un eseauwith 4G a` partir d’un r´eseau 3G d´ej`a en p Unlock full r´ access a free trial. Ces adaptations diff`erent suivant que l’architecture entraˆıne ou non, un couplage des Download Trial diff´ MME et SGW. Ainsi, il convient de soulignerWith queFree la grande erence de ces deux appro se situent principalement au niveau des types de mouvements, des gains g´en´er´es et pace de voisinage. Toutefois, au niveau de l’application des trois m´ecanismes de m´ de la recherche taboue, les ´etapes sont de quelque peu diff´erentes pour ne pas dire pre peut fa identiques. Alors, l’algorithme de recherche avec tabou pr´esent´e `a la figure 4.7, Sign up to vote on this title ment s’adapter aux deux approches. Dans ce cas, l’impl´ mentation va useful se porter sur eUseful Not de certains crit`eres, comme : le nombre de mouvements `a effectuer et les tableaux de g g´en´er´es, tous deux tributaires du nombre et du type de nœuds utilis´es. Tous ces ´el´
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Générer la solution initiale Évaluation deEntity la solution initiale Générer les tableaux de gains Initialisation des variables Nbiter =0, bestiter =0; bestsol=0 Tabou de base
Choisir les mouvements de types M1 et M2 de gain minimal
Oui
Mouvement tabou?
Oui Autres mouvements ?
Non Non
Appliquer le Mouvement choisi; Mettre à jour la liste taboue; Mettre à jour les tableaux de gain; Obtenir la solution s' ; Ajouter la soution s' dans les tableau statistique
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Nbiter = Nbiter+1 S:=s' Unlock full access with a free trial. Si évaluation évaluation(bestsol) Alors bestiter:=Nbiter S remplace la plus ancienne meilleure solution Download With Free Trialdans tabest[]
Non
Nbiter-bestiter > kmax?
Oui
Intensification
Choix d'une solution s de tabest[] Sign up to vote on this title
nonrespect=0
Oui
solution s faisable ?
Useful Non
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CHAPITRE 5
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´ ´ IMPLEMENTATION ET ANALYSE DES R ESULTATS
En regard aux objectifs du mod`ele propos´e, ce chapitre pr´esente les ´etapes pl´ementation d’une application pouvant servir `a la planification d’un r´eseau 4G/LTE ` d’un r´eseau 3G/UMTS existant. Cette application est un programme informatique ex´ les diff´erentes ´etapes de l’algorithme de recherche taboue (RT). Elle repose sur des class des m´ethodes, d´ecrivant les fonctionnalit´es des trois m´ecanismes de m´emoire propres `a l’ rithme. Cette application est constitu´ee d’un ensemble de codes ex´ecutables qui, en ut les param`etres cl´es `a la RT, permettent d’´evaluer la performance de la m´ethode de r´esol propos´ee. Ainsi, dans la suite de ce chapitre seront pr´esent´es : la m´ethode utilis´ee po d´eliser le trafic g´en´er´e par les diff´erents ´equipements du r´eseau, les formats de fichiers en entr´ee et en sortie du programme. De mˆeme, les classes et les m´ethodes ayant servi l’impl´ementation seront d´ecrites pour ensuite discuter des diff´erents r´esultats qui permet You're Reading de montrer l’efficacit´e de la m´ethode propos´ ee. a Preview Unlock full access with a free trial.
5.1
Pr´ esentation des donn´ eesDownload utilis´ eesWith Free Trial
Dans cette section sont d´ecrits : la m´ethode de mod´elisation du trafic du les formats des fichiers d’entr´ee et du fichier de sortie de l’application, de mˆeme que ronnement mat´eriel et logiciel utilis´e pour l’application. Sign up to vote on this title
5.1.1
Mod´ elisation du trafic
Useful
Not useful
Le programme de simulation utilis´e pour la mod´elisation du trafic est une
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distance les s´eparant. Pour r´ealiser l’interconnexion du r´eseau 3G/UMTS avec le r´esea tout-IP , et par souci de compatibilit´e, seul le trafic de donn´ees provenant du r´eseau 3G/U sera consid´er´e. Ainsi, entre un SGSN et un SGM, le coˆut de liaison sera proportionne distance les s´eparant.
Pour mod´eliser le trafic en commutation de paquets dans le r´eseau ´etendu, ce t consid`ere que le taux d’appels en trafic de donn´ees, f i , provenant des nœuds eNode Node B 1 , suit une loi gamma de moyenne et de variance ´egales `a l’unit´e. De plus, pour compte des temps de s´ejour des paquets `a l’int´ erieur des cellules ou temps de serv travail consid`ere, comme dans [24], que ces temps de service sont distribu´es selon exponentielle de param`etre 1. En cons´equence, pour un nœud (eNode B ou Node B) dans une cellule j ayant x voisins, l’intervalle [0, 1] est divis´e en x + 1 sous intervall ` la fin de la choisissant x nombres al´eatoires uniform´ement distribu´es entre 0 et 1. A de service dans la cellule j, l’appel peut ˆetre, soit transf´er´e au i`eme voisin, pour i = avec une probabilit´e de rel`eve r ij ´egale `a la longueur du i`eme intervalle, soit termin´e avec probabilit´e ´egale a` la longueur du x + 1`eme intervalle. Pour trouver alors les volumes d’a et les taux de rel`eves coh´erents, lesYou're cellules sont consid´ er´ees comme des files d’attente d Reading a Preview M/M/1 formant un r´eseau de Jackson [30], [45]. Les taux d’arriv´ees de paquets αi dan Unlock full access with a free trial. cellules `a l’´equilibre sont obtenus en r´esolvant le syst`eme suivant : Download With Free Trial k
f i = α i −
αr
i ij
avec i = 1, 2, 3,...,k
j =1
o`u Sign up to vote on this title – k repr´esente le nombre total de cellules du r´eseau ; Useful Not useful – rij repr´esente la probabilit´e de rel`eve entre i et j ; f les taux d’appels en trafic de paquets provenant des cellules i
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hij = f i .rij hvin = f i .rin + f i .rni o`u – rin repr´esente la probabilit´e de rel`eve entre une cellule i, desservie par un eNode une cellule n, desservie par un Node B ; – rni repr´esente la probabilit´e de rel`eve entre une cellule n, desservie par un Node une cellule i, desservie par un eNode B.
Dans le r´eseau cœur 4G, les SGM sont tous de mˆeme capacit´e. De mˆeme, le r´eseau cœur 3G, les SGSN seront tous de mˆeme capacit´e. Cette capacit´e est cal en introduisant un param`etre k, uniform´ement r´eparti entre 10 et 50. Ainsi, il est pos d’assurer un surplus global de 10 `a 50% de la capacit´ e des SGSN, par rapport au volum trafic provenant des Node B et des RNC, et ensuite, de la capacit´ e des SGM, par rappo volume de trafic des eNode B et des SGSN. Ces capacit´ es sont identifi´ees par Capg You're Reading a Preview respectivement pour les SGSN et les SGM, et sont d´efinies par les relations suivantes : Unlock full access with a free trial. n
1 k ) Capg = (1 + f i 100 g Download With Free iTrial =1
1 k ) Capq = (1 + 100 q 5.1.2
Formats des fichiers d’entr´ ee
e
g
i=1
f i +
Capg
i=1
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Useful Not useful Les donn´ees pass´ees en param`etre au programme sont fournies au moyen types de fichiers g´en´er´es par un programme Matlab Ces fichiers sont identifi´es chacun
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– La premi`ere matrice est de taille exq et repr´esente les coˆuts des liaisons entre les e B et les SGM; – La deuxi` eme renseigne sur les coˆuts de liaisons entre les SGSN et les SGM, et e taille gxq ; – La troisi`eme, de taille exe, est la matrice de coˆuts de rel`eves entre les eNode B – Les deux matrices suivantes repr´esentent les coˆuts de rel`eves verticales entre les et les Node B et les coˆuts de rel`eves verticales entre les Node B et les eNode B. Tableau 5.1 Exemple de fichier de donn´ees 5225 15.8745 12.0000 10.3923 6.0000 6.0000 0.0000 12.0000 10.3923 6.0000 6.0000 12.0000 6.0000
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0.0113 0.0000 0.0000 0.7626
0.8484 0.0000 0.0000 0.0257
4.3222 0.9140 0.0000 0 1814
0.6525 3.8521 0.1935 0 3591
0.0000 0.4107 4.9723 0 0000
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Le dernier tableau, de son cˆot´ ot´e, e, contient contient la capacit´e des nœuds SGM, comme le mon tableau 5.2. tableau 5.2. Tableau 5.2 Exemple de fichier de capacit´es es 1.8597
2.1155
26.9 26.915 1599
26.9 26.915 1599
1.4562 1.5799 5.5566
150.61 150.6148 48 150.61 150.6148 48
Le fichier Le fichier d’affectation du r´eseau mporte orte les sch´emas emas d’affect d’a ffectatio ation n r´esu esu eseau 3G co 3G comp de l’im l’ impl´ pl´ementa em entatio tion n du r´eseau ese au 3G 3G existant. exista nt. Ce fichier est repr´esent´ esent´e par une matrice de taille n taille nx xg , o`u une case (n, g) prend la valeur 1 si un Node B n es aff ect´ t´e `a un SGSN n estt affec 0 sinon. Cette matrice est obtenue en parcourant la table d’affectation des Node B aux R et celle des RNC aux SGSN, et est utilis´ee ee lors du calcul des coˆ co ˆuts uts de rel` r el`eves eves verticale vertic ale les deux deu x r´eseau es eaux. x. Tableau 5.3 Exemple de fichier d’affectation du r´eseau eseau 3G 0 1 0 0 1
1 0 1 1 0
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– Le respect ou non des contraintes de capacit´e du SGM ; – Le sch´ema ema d’affectation des eNode B et des SGSN de la solution finale. Tableau 5.4 Exemple d’un fichier de r´esultats esultats R´eseau eseau de simulation : 5 eNode eNo de B, 2 SGSN, 2 SGM, 5 Node No de B ` ************** PARAMETRE(S) DE LA SIMULATION************** Dur´ee ee totale tot ale de la l a simulation si mulation : 0.0050s 0. 0050s Taille de la liste taboue : 5 Nb. maximum d’it´erations erations sans solution solutio n : 20 ´ ´ M´ecan ec anis isme me de m´emoi em oire re `a moyen terme : D ESACTIV E ´ ´ M´ecan ec anis isme me de m´emoi em oire re `a long terme : D ESACTIV E ******************** TOPOLOGIE INITIALE ******************** eNode B 0, SGM : 0 eNode B 1, SGM : 0 eNode B 2, SGM : 1 eNode B 3, SGM : 0 eNode B 4, SGM : 0 SGSN 0, SGM : 0 SGSN 1, SGM : 1 Le coˆut ut de la meilleure solution obtenue est : 45.93006 Contraintes Contraintes respect´ees ees ?(1=’OUI’, 0=’NON’) : 0 ************** MEILLEURE TOPOLOGIE OBTENUE ************** Sign up to vote on this title eNode B, 0 SGM : 0 Useful Not useful eNode B, 1 SGM : 0 eNode B, 2 SGM : 1 eNode B, 3 SGM : 0
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syst`eme eme d’exploitation est la version 10.5.8 de Mac OS X, avec un processeur d’une de 2.8 GHz et d’une taille m´ emoire emoire de 4 GB, pour une fr´ fr´equence equence de 1067 Mhz DDR g´en´ en´eratio era tion n des fichiers fichi ers de trafic tra fic et de capaci cap acit´ t´e des ´equip equ ipeme ements nts pour po ur le r´eseau es eau sera ser a au moyen moyen d’un programme Matlab, qui utilise une fonction al´eatoire eatoire servant `a mod´ mo d´ demande dema nde en trafic trafi c des d es ´equipem equi pements ents du r´eseau. esea u. 5.2
Concepti Conception on de l’applic l’applicatio ation n
La phase ph ase de d e conception con ception de l’outil l’ outil de planificatio pla nification n est r´ealis´ ealis´ee ee au moyen du de mod´ mo d´elis el isati ation on un unifi´ ifi´e (UML) (UM L) [31], 31], [49]. [49]. Elle se compose principalement d’un diagramm classes et d’un d’u n diagramme dia gramme d’´etats etats transitions. transiti ons. 5.2.1 5.2.1
Diagra Diagramme mme de class classes es
Le diagramme de classes est utilis´e pour p our capturer la structure statique de de planificati planification on propos´ propos´e. e. Il identifie identifie la structure structure des classes classes et les associations associations qui exi entre elles, comme le montre la figure 5.1. 5.1. Chacune des classes comporte, les attribu les op´erations erations de l’objet qu’elle repr´ esente. esente. Entre les classes sont d´efinis efinis soit une d’h´eritage erit age,, soit soi t une assoc ass ociati iation on non n on sym´ sy m´etrique, etri que, l’agr´ l’ag r´egation ega tion.. Par exempl ex emple, e, les le s classe cla ssess Sol et Mouvement Mouvement h´eritent eritent respectivement respec tivement des classes Solution et ListeTaboue ListeTaboue (sp´ (s p´ecific eci fic alors qu’il existe une agr´egation egation entre les classes Do classes Don nn´ees , Intensification , Diversificati la classe principale qui est Pro ee que toute action Probl bl``eme . Cette relation traduit l’id´ee de ces classes entraˆ entraˆıne n´ecessairement ecessairem ent une u ne action sur la classe Pro Probl bl``eme .
La notion de package 3G/UMTS package 3G/UMTS utilis´ uti lis´ee ee est un ensemble en semble de classes qui p erme perme Sign up to vote on this title de g´erer erer les affectations affectatio ns au niveau du r´eseau eseau 3G. Ce package g´en` en`ere ere d’abord d’ab ord les affecta Useful Not useful entre les Node B et les RNC, ensuite, celles des RNC aux SGSN et MSC. La princi fonctionnalit´ fonction nalit´e de ce package est de pouvoir g´en´ en´erer erer en sortie, un fichier o`u sont d´efin efin
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et nbNB . Elle indique les coˆuts de liaisons entre les ´equipements de niveaux diff´eren utilisant les attributs TabCoutLENB SGM et TabCoutLSGSN SGM . Les coˆuts de rel` rizontale entre deux eNode B sont repr´esent´es par TabCoutReleveENB ENB . Les coˆ rel`eve verticale entre un eNode B et un Node B et vice versa, sont repr´esent´es par Tab tReleveENB NB et TabCoutReleveNB ENB . Les r´esultats de l’affectation du r´eseau sont sommairis´es dans TabAffecNB SGSN . Les attributs TabCapSGSN , TabCapSGM CapENB sont utilis´es pour indiquer la capacit´e des SGSN et des SGM, de mˆeme que provenant de chaque eNode B. Cette classe comprend les m´ethodes suivantes :
– lectureFic() qui permet de faire la lecture des coˆuts de liaisons ou coˆut de cˆablag coˆuts de rel`eves horizontales et verticales du fichier de donn´ees pass´e en param`
– lectureFicCapacite() qui permet de lire les valeurs des capacit´ es des SGSN et des S et le volume de trafic des eNode B `a partir du fichier de capacit´ e qui lui est fourn – lectureFicAffectation3G() qui permet de lire le r´esultat des affectations effectu´ees le r´eseau 3G `a l’aide du fichier qui lui est fourni ;
– e´valuation() qui permet d’´evaluer la solution r´esultante de l’affectation des ´equipem Pour ce faire, elle utilise une variable qui indique si les contraintes de capacit´ You're Reading a Preview respect´ees. Si oui, la valeur ob jective de la solution se calcule en fonction des coˆ access with a free trial. liaisons et de rel`eves. Dans Unlock le casfullcontraire, elle applique `a la valeur objective solution une p´enalit´e. Cette derni`ere augmente `a mesure que les affectations aux S Download With Free Trial satur´es se poursuivent.
”Gain.java” a pour principale fonction de g´en´ erer les tables de gains, tabG Noeud SGM , `a chaque affectation r´ealis´ee entre les eNode B, les SGSN et un SGM. Sign up to vote on this title classe comprend les m´ethodes suivantes : useful Notcourante – g´en´ererGain(), utilise les donn´ees du probl`eme et Useful la solution pour le gain r´esultant de l’affectation d’un eNode B, d’un SGSN `a un SGM. Ce tab
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tions obtenues. La topologie de chaque solution est accessible au moyen des attributs sol . Elle poss`ede les m´ethodes : – ajouter() qui ajoute les meilleures solutions rencontr´ees dans la table bestSol ; – mvt-permutation() qui d´etermine les mouvements de type m 1 ; – mvt-deplacer() qui d´etermine les mouvements de type m 2 ;
– intensifie() qui ex´ecute les ´etapes de l’intensification, en appliquant les mouvement propri´es, en ´evaluant le coˆ ut de la solution obtenue, en testant le respect des contra de capacit´es et finalement, en g´en´erant les statistiques.
”ListeTaboue.java” impl´emente les listes taboues utilis´ees dans l’algorithme. chaque liste est sauvegard´e l’inverse des mouvements dits tabous, afin d’empˆecher ` chaque fois qu’un ´el´ement es cherche d’y revenir pendant un nombre d’it´erations. A dans la liste, l’attribut compte est incr´ement´e tant que la taille n’est pas atteinte. Ain taille de la liste taboue permet de limiter les mouvements qui peuvent ˆetre sauvegard´ la liste. Ses m´ethodes sont : – ins´erer(), pour ajouter un ´el´ement dans la liste taboue ; You're Reading a Preview
– appartient(), pour v´erifier si un ´el´ement est d´ej`a dans la liste. Unlock full access with a free trial.
”Mouvement.java” d´etermine le mouvement (eNode, SGM) ou (SGSN, SGM) Download With Free Trial fectuer. Elle comporte une m´ethode principale, qui v´erifie uniquement l’´egalit´e de deux vements.
”Nœud.java” permet de distinguer les types de nœuds du r´eseau. Elle utilise up tocomprises vote on this title attributs nœudID et type . L’attribut nœudID prend desSign valeurs entre 0 et le no usefulB aux e pre Useful Not total de nœuds (eNodeB + SGSN ). L’attribut type associe le type eNode num´eros, et le type SGSN aux num´eros allant de (totalNoeud − e).
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– choixmvt() qui d´etermine et applique le prochain mouvement `a r´ealiser pour le nisme de m´emoire `a court terme. Ainsi, en tenant compte de la taille de la liste ta et du gain minimum, elle choisit entre les mouvements M 1 (e, q ) et M 2 (g, q ) celu am´eliore la solution courante ;
– Cmtaboue(), qui ex´ecute les composantes des m´emoires `a court et `a moyen terme
– RechercheTaboue() qui lance la m´ethode de RT. Cette m´ethode applique, au moyen m´ethode Cmtaboue(), le m´ecanisme de m´emoire `a court terme, puis, passe les r´ obtenus en param`etres au m´ecanisme de m´emoire `a moyen terme. Les r´esultats de ces deux m´ecanismes sont ensuite utilis´es par le m´ecanisme de m´emoire `a long t afin de raffiner la solution jusque l`a obtenue.
”SolGain.java” est une classe qui renseigne sur l’´etat des solutions et des g´en´er´es qui doivent ˆetre utilis´es par le m´ecanisme de m´emoire `a moyen terme. Ave attributs : sol, gain et obj , cette classe permet de sauvegarder au moyen de la m´ethode la topologie de la solution courante pour intensifier la recherche.
Reading a Preview ”Solution.java” g´en`ere laYou're solution initiale du probl`eme. Cette solution se pr´ sous la forme d’un tableau qui comporte patrons d’affectation des eNode B et des S Unlock fullles access with a free trial. aux SGM. Pour chaque solution, elle calcule le coˆut et fait la v´erification des contrain Download Trial capacit´e sur les SGM. Toutes ses op´ erations With sont Free r´ealis´ ees en utilisant les m´ethodes :
– Initialise() qui affecte chaque eNode B et chaque SGSN `a un SGM, dont l’indic s´electionn´e, soit de fa¸con al´eatoire entre 0 et q , soit suivant le coˆut de liaison minim
– InitialiseDiv() qui g´en`ere des solutions initiales pour chaque red´emarragede l’app Sign up to vote on this title tion pour le m´ecanisme de m´emoire `a long terme. Cette solution est calcul´ee en affe Useful Not useful les nœuds (eNode B et SGSN) au SGM de faible coˆut ; v´erifierContraintes() qui v´erifie le
ct d
contraintes de capacit´e d
SGM
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Extension3G-4G Problème
Donnees mydata; Solution lasol; Solution sol_init; Gain legain; ListeTabou plaLT; Intensification intense; Diversificationdiverse; double bestfaisable; Noeud[] noeud;
choix_mvt(); cmTaboue(); RechercheTaboue();
Données
Solution
int nbeNB; int nbSGM; int nbNB; int nbSGSN; int totalNoeud; double[] TabCapENB; double[] TabCapSGM; double[] TabCapSGSN ; double[][] TabCoutLENB_SGM; double[][] TabCoutLSGSN_SGM; double[][] TabAffecNB_SGSN; double[][] TabCoutReleveENB_ENB; double[][] TabCoutReleveENB_NB; double[][] TabCoutReleveNB_ENB; double[] capaciteResiduelleSGM; double[][] coutReleve; double[][] TabCoutLSGSN; double[][] TabCoutLNoeud_SGM; double[] capaciteNoeud; Noeud[] noeud;
Intensification
int nbrEnodeB, nbrSGM, nbrNB, nbrSGSN; int[][] affectationNoeudSGM;
initialise() initialiseDiv() vérifierContraintes() FonctionObjectif()
ListeTabou liste1, liste2; SolGain[] bestSol Gain gain Solution sol int[] Noeud_SGM; int compteur; int solnum;
ListeTaboue
Gain
noeud tete, queue; int taille, compte;
double [][] tabGainNoeud_SGM; int nbeNodeB, nbSGM, nbNB, nbSGSN, totalNoeud; Noeud[] noeud;
appartient()
générerGain() getCoutRelève() tabGainMAJ()
Diversification
int nbstart; int [][] stat_sol;
compte()
intensifie()
Mouvement
Noeud
int SGM; int noeudId;
String type; int noeudId;
You're Reading amvtEgal() Preview SolGain
Solution sol; Gain gain; double eval; double[] capaciteResiduelleSGM; double obj;
LectureFic() LectureFicCapacite() LectureFicAffectation()
Unlock full access with a free trial.
Download With Free Trial
set();
3G/UMTS
Probleme
Affectation
SignNode upB-SGSN to vote on this title D iv er si fic at io n
I nt en si fic at io n
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et MLT . Le m´ecanisme de m´emoire `a court terme s’ex´ecute en premier. Il est lanc´e aut tiquement apr`es la lecture des fichiers d’entr´ees, illustr´es par les tableaux 5.1, 5.2 et 5.3 MMT=MLT=0 . Apr`es l’ex´ecution du m´ecanisme de m´emoire `a court terme, le progra g´en`ere un fichier de r´esultats, comme indiqu´e au tableau 5.4. Ces r´esultats servent d’ au m´ecanisme de m´emoire `a moyen terme, quand MMT=1 et MLT=0 , ou transite v m´ecanisme de m´emoire `a long terme, quand MMT=0 et MLT=1. Les trois m´ecanism m´emoire s’ex´ecutent avec MMT=MLT=1.
i:=0
j:=0
Lecture des fichiers de données fichier.don fichier.cap fichier.aff
Initialisation des
You'reparamètres Reading a Preview j
Unlock full access with a free trial. Généralisation de la solution initiale
Download With Free Trial j++
Sortie 1
Application de la mémoire à court terme
MMT=1 Sortie 2
Application de la mémoire à moyen terme
MLT=1
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´ Evaluation de performance
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L’´evaluation de la m´ethode propos´ee repose sur un ensemble de tests faisan ` chaque test, une variation des types tervenir les diff´erents ´equipements du r´eseau. A pements et des param`etres propres `a l’algorithme RT permettra de montrer la flexi et l’´evolutivit´e de la m´ethode. L’´evaluation va porter sur 3 principaux volets. Le volet r´ealise des tests pr´eliminaires sur chaque m´ecanisme de m´emoire pris s´epar´emen deuxi`eme volet analyse le comportement g´en´eral de la m´ethode. Le troisi`eme volet con `a comparer les r´esultats obtenus du deuxi`eme volet `a une borne inf´erieure.
Pour r´ealiser les tests, plusieurs exemples de r´eseaux de simulation, comme l’ind le tableau 5.5, seront consid´er´es. Pour les r´eseaux 1 et 2, le nombre d’eNode B et de varie entre 5 et 10, le nombre de SGSN entre 2 et 7 et le nombre de SGM entre 2 et 4. D les r´eseaux 3 `a 8, le nombre d’eNode B et de Node B croˆıt par palier de 20, et varie 20 et 120. Le nombre de SGSN augmente par palier de 5 et varie entre 2 et 37, alors q nombre de SGM croˆıt par palier de 2, pour une variation allant de 2 `a 16. You're Reading a Preview Unlock access withde a free trial. Tableau 5.5fullR´ eseaux simulation
R´eseaux eNode B SGSN SGM Node B Nombre de tests Download With Free Trial 1 5 2 2 5 10 2 10 7 4 10 10 3 20 12 6 20 10 4 40 17 8 40 10 5 60 22 10 60 10 Sign up to vote on10 this title 6 80 27 12 80 7 100 32 14 100Useful Not 10useful 8 120 37 16 120 10
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dernier, le nombre de red´emarrages de l’algorithme, pour le m´ecanisme de m´emoire terme. Les tests se feront un param`etre `a la fois pour chacun des m´ecanismes de m´emoi chaque param`etre seront affect´ees trois valeurs diff´erentes. Pour chaque valeur, l’algor ` ch s’ex´ecutera pour un certain nombre de cas de tests, comme indiqu´e au tableau 5.5. A test effectu´e, la valeur qui sera retenue est celle qui apporte une meilleure am´elioration solution.
Dans les premi`eres exp´eriences, les tests permettront de d´eterminer le comporte des composantes du m´ecanisme de m´emoire a` court terme. La premi`ere composante qui pr´esent´ee est la taille de la liste taboue. Les tests r´ealis´es permettront alors de montrer de la variation de cette liste taboue sur le m´ecanisme de m´emoire `a court terme, quan deux solutions initiales trouv´ees sont utilis´ ees. Pour ce faire, dans chacune des solution liste taboue va recevoir les mouvements inverses des affectations, des eNodeB aux SGM des SGSN aux SGM. Cette liste est repr´esent´ee `a l’impl´ementation par la variable re¸coit les valeurs 2, 5 et 8. Ces valeurs repr´esentent le nombre de mouvements qui ˆetre interdits `a la m´ethode, dans le but d’am´eliorer la qualit´e de la solution obtenue. chacune de ces valeurs, le m´ecanisme deReading m´emoire `a court terme est ex´ecut´e en d´esact You're a Preview les deux autres m´ecanismes de m´emoire, soit alors MMT = MLT=0. Pour chaque ex´ecu Unlock full access with a free trial. une moyenne des coˆuts des solutions obtenues sur l’ensemble des fichiers de tests est calc Les r´esultats recueillis sont illustr´eDownload s aux figures 5.3 et 5.4. With Free Trial
Ainsi, la figure 5.3 d´ecrit l’effet de la taille de liste taboue sur le m´ecanism m´emoire `a court terme, quand la solution initiale utilis´ee est l’algorithme de moindre Des ex´ecutions effectu´ees, l’algorithme affiche dans l’ensemble de meilleurs r´esultats pou Sign up to vote on this title listes taboues de taille 5 et 8. Cela s’explique par le fait qu’une taille plus grande pe Useful Not useful d’explorer plus efficacement l’espace de recherche, en l’interdisant de revenir sur un g nombre de solutions d´ej`a explor´ees. Cependant, pour le r´eseau de simulation 4, ses solu
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Figure 5.3 Impact de la taille de la liste taboue (solutions initiales de moindre coˆ
La figure 5.4 illustre les r´esultats issus des ex´ecutions du m´ecanisme de m´ `a court terme, suite `a une solution initiale g´en´er´ee par l’algorithme stochastique. Pour semble des r´eseaux de simulation, l’application pr´esente des r´esultats qui varient en fon de la taille de la liste taboue consid´er´ee. Ainsi, pour les valeurs 2, 5 et 8 de la liste tab You're Reading a Preview est `a remarquer que le coˆut de la solution s’am´eliore `a mesure que la taille de la liste ta augmente. De mˆeme, la figure 5.4 montre progression des r´esultats en fonction du no Unlock fullune access with a free trial. de nœuds qui consititue les r´eseaux, sauf pour le r´eseau 3. En effet, le coˆut obtenu po Download With de Free Trial r´eseau 3 est de l’ordre de 2300 unit´ es qui d´epasse loin, les coˆuts obtenus des r´eseaux Une explication serait le choix al´eatoire des nœuds voisins lors des mouvements d’affectat ce qui laisse entrevoir que l’am´elioration du coˆut de la solution d´epend indubitablemen l’´eventail de choix du voisinage offert par la m´ethode al´eatoire. Sign up to vote on this title
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Figure 5.4 Impact de la taille de la liste taboue (solutions initiales stochastiques)
Les graphes des figures 5.5, 5.6, 5.7 font une comparaison des r´esultats du m´ecan de m´emoire `a court terme, issus des deux solutions initiales, pour des listes taboues de t diff´erentes. Ainsi, la figure 5.5 compare r´esultats obtenus avec une liste taboue de You're les Reading a Preview 2, la figure 5.6 compare les r´esultats obtenus avec une taille 5 de la liste taboue, et enfi Unlock full access with a free trial. figure 5.7 fait la comparaison des r´esultats pour une liste taboue de taille 8. En consid ces figures, deux principales remarques peuvent etre ees. Download Withˆ Freeport´ Trial
1. La premi`ere remarque porte sur la variation du coˆut de la solution. En effet, en pre en exemple le r´eseau 3, le coˆut de la solution varie de 2000 `a 1500 unit´es, de la 5.5 `a la figure 5.7, pour les tailles 2 et 8 de la liste taboue ; Sign up to vote on this title
2. Sur l’ensemble des r´eseaux consid´er´es, les coˆuts obtenus par le m´ecanisme de m´ Useful Not useful `a court terme avec une solution initiale stochastique sont meilleurs comparativem `a l’algorithme de moindre coˆut. Les r´esultats obtenus de ce dernier s’am´eliorent
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Figure 5.5 Comparaison des deux solutions initiales de la m´emoire `a court terme pou liste taboue de taille 2
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Useful Not useful Figure 5.6 Comparaison des deux solutions initiales de la m´emoire `a court terme pou liste taboue de taille 5
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Figure 5.7 Comparaison des deux solutions initiales de la m´emoire `a court terme pou liste taboue de taille 8
Pour illustrer les r´esultats pr´ec´edents, les figures 5.8 `a 5.10 font une repr´esent graphique de la topologie du r´ eseau obtenue, pour chaque variation de la liste taboue ces figures, le r´ eseau de simulation choisi comprend : 5 eNode B, 2 SGSN, 2 SGM et Node B. Les eNode B sont identifi´ es par Reading des losanges, les SGSN par des carr´ es, les SGM You're a Preview des triangles et les Node B par des cercles. Unlock full access with a free trial.
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Figure 5.9 Topologie du r´eseau avec une liste taboue de taille 5
Ainsi, la figure 5.8 pr´ esente la topologie d’interconnexion obtenue pour une taboue de taille 2. La figure 5.9 pr´esente, pour le mˆeme r´eseau de simulation, une nou You're Reading a Preview topologie r´ealis´ee au moyen des mouvements effectu´es, lorsque la liste taboue prend la Unlock full access a free 5. En effet, l’eNode B 3 est pass´e du SGM 0 au with SGM 1.trial. Ce mouvement a permis d’am´ le coˆut de la solution qui passe de 79.951216 unit´es a` 78.748217 unit´es. Une augmentat Download With Free Trial 8 de la taille de la liste permet d’avoir une nouvelle topologie, illustr´ee `a la figure 5.10 meilleur coˆ ut de l’ordre de 77.948127 unit´es.
Il est `a remarquer que les SGSN n’interviennent pas dans ces op´erations. En avec 2 SGM et 2 SGSN, les choix des mouvements de r´eSign affectation tr`etitle s limit´ es. Les up to votesont on this Useful Not useful du r´ B, quant `a eux, ont ´et´e initialement affect´es aux SGSNlors de la planification esea Seuls les r´esultats issus de cette planification sont consid´er´es dans le cadre de ce m´emo
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Figure 5.10 Topologie du r´eseau avec une liste taboue de taille 8
La deuxi`eme composante pr´esent´ee pour le m´ecanisme de m´emoire `a court term un m´ecanisme de rappel. Ce param`etre est appel´e lorsqu’il s’´ecoule un certain temps Reading a Preview ` cetYou're la derni`ere solution faisable. A effet, la variable nrespect est utilis´ee `a l’impl´ementa Elle permet de comptabiliser le nombre deaccess solutions nontrial. faisables cons´ecutives obtenue Unlock full with a free des diff´erentes it´erations. Quand nrespect atteint un certain seuil, fix´e `a l’impl´ementatio With Freeses Trial m´ecanisme de rappel s’active, et lesDownload gains g´en´ er´es par mouvements sont sanctionn´es sanction est appliqu´ee de mani`ere `a interdire `a la m´ethode de recourir `a ces solutions les prochaines it´erations. Ces valeurs seuils choisies sont 2, 5 et 8, pour accentuer la rech dans des zones pas trop ´eloign´ees des zones prometteuses, et pour ´eviter, en mˆeme les r´ d’omettre certaines solutions prometteuses. Les figures 5.11 5.12 illustrent Sign up toet vote on this title obtenus de l’ex´ecution respective des algorithmes stochastique moindre ut. useful coˆ Useful etdeNot Avec la solution initiale stochastique, la figure 5.11 pr´ nte
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Figure 5.11 Impact du m´ecanisme de rappel (solutions initiales stochastiques)
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Figure 5.12 Impact du m´ecanisme de rappel (solutions initiales de moindre coˆut) Sign up to vote on this title
Useful Not useful Contrairement `a la figure 5.11, la figure 5.12 pr´esente une variation minime de la solution, quand le nombre de solutions non faisables augmentent. En effet, des r´
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Le m´ecanisme de m´emoire `a court terme a ´et´e utilis´e pour am´eliorer les sol initiales obtenues au lancement de l’algorithme. Dans le but d’explorer un ´eventail de tions, l’ex´ecution de ce m´ecanisme ´etait libre de toute contrainte de capacit´e sur les Cette approche donnait lieu `a un nombre de solutions non faisables. Pour permettre m´ethode de r´etablir les contraintes et d’am´eliorer les r´esultats obtenus, le m´ecanisme d moire `a moyen terme sera utilis´e. Ce m´ecanisme ne tiendra compte que des solutions de l’algorithme stochastique, puisque ce dernier renvoie de meilleures solutions, comp l’algorithme de moindre coˆ ut.
Le m´ecanisme de m´emoire `a moyen terme se base essentiellement sur les k meill solutions g´en´er´ees par le m´ecanisme de m´emoire `a court terme. Ce m´ecanisme permet tensifier la recherche autour de ces solutions, en utilisant deux types de mouvements mouvement de permutation et un mouvement de d´eplacement. La permutation est le ment qui s’applique automatiquement quand le m´ecanisme est activ´e. Ce mouvement con `a permuter deux eNode B dans un premier temps, puis un eNode B et un SGSN. Le m vement de d´eplacement est celui qui sera utilis´e pour r´etablir les contraintes de capa You're Reading a Preview Ce mouvement est d´eclench´e apr`es un nombre inrespect de solutions cons´ecutives non Unlock full access with a free trial. sables. Ainsi, pour montrer le comportement du m´ecanisme de m´emoire `a moyen terme, principales composantes seront utilis´ees : la taille de la r´egion d’intensification et le d´ Download With Free Trial d´eclenchement des mouvements de d´eplacement. L’influence de la variation de ces santes sera ´evalu´ee en leur attribuant diff´erentes valeurs. Pour chaque valeur, les tests effectu´es en activant seulement le m´ecanisme de m´emoire `a moyen terme, ce qui signifi la variable MMT prend la valeur 1. Sign up to vote on this title
Usefulde meilleures Not usefulsolutions rete La r´egion d’intensification fait r´ef´erence au nombre du m´ecanisme de m´emoire `a court terme. Ces solutions constitueront les zones o`u s
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r´eseaux 1 `a 3 ne varient pas, comme indiqu´e sur la figure 5.14. Ce qui s’explique par l que l’espace de recherche aux alentours de certaines solutions de la r´egion d’intensific est pauvre en termes de meilleures solutions. Pour les r´eseaux 4 et 8, il est `a constater q d´elai de d´eclenchement de 3 solutions cons´ecutives non faisables permet d’avoir une meil estimation de la solution.
Figure 5.13 Impact de laReading taille dea Preview la r´egion d’intensification You're Unlock full access with a free trial.
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Cette derni`ere section des tests pr´eliminaires permet d’´evaluer le comportemen m´ecanisme de m´emoire `a long terme. Ce m´ecanisme utilise les statistiques g´en´er´ees, m´ecanismes de m´emoire `a court et `a moyen terme. L’exploration des voisinages des solu issues des statistiques permet ainsi `a l’algorithme de mieux diversifier la recherche, en vis des zones non encore explor´ees. Pour ce faire, ce m´ecanisme va red´emarrer l’algorithme ` chaque relance, l’algorithme utilise une solu un nombre nbstart, fix´e `a l’impl´ementation. A de d´epart tir´ee de ces statistiques. Ces relances sont effectu´ees sans activation du m´ecan de m´emoire `a moyen terme, c’est-`a-dire que la variable MLT re¸coit la valeur 1.
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Figure 5.15 Effet de la relance
Sign uplatom´ vote on this` La figure 5.15 indique les r´esultats obtenus pour emoire atitle long terme. A Usefulpr´ Not de useful pour un nombre de red´emarrage nbstart ´egale `a 6, la m´ ethode e sente meilleurs r´es Ces am´eliorations sont plus marqu´ees dans le cas des r´eseaux 3, 7 et 8. Il est donc pos
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Volet 2 : Comportement g´ en´ eral de l’algorithme
Les tests pr´eliminaires r´ealis´es dans le volet 1 ont permis de fixer les param`etr l’algorithme de recherche taboue. Ainsi, le nombre d’it´erations a ´et´e fix´e `a 50, le m´ecan de rappel `a 2 pour une sanction maximale de 10. Pour ce qui est de la liste taboue prend la valeur 5 pour les r´eseaux de petite taille et 8 pour les r´ eseaux de grande De nouveaux r´eseaux de simulation seront g´en´er´es pour ´etudier le comportement g´en´ d´emontrer la validit´e de la m´ethode propos´ee. Ainsi, le tableau 5.6 d´ecrit `a travers les `a 7, une variation de chacun des nœuds pris s´epar´ement, et la s´erie 8, une variation simul des eNode B, des SGSN, des SGM et des Node B. Chaque s´erie contient un nombre d tests. La composition de chacune des s´eries est repr´esent´ee `a l’annexe A du document. chaque s´erie, le programme sera ex´ecut´e avec une combinaison des m´emoires `a court moyen terme, celle des m´emoires `a court et `a long terme, et enfin une combinaison des ` ce stade de l’impl´ementation, aucun opti m´ecanismes (court, moyen et long terme). A n’est connu. De ce fait, les tests auront pour but, de montrer l’am´elioration apport´ l’intensification et la diversification, par rapport `a la solution trouv´ ee pour le tabou de et ensuite, de repr´esenter le pourcentage de solutions faisables trouv´ees par chaque m´ecan You're Reading a Preview de m´emoire pris s´epar´ement. Unlock full access with a free trial.
Tableau 5.6 Tests utilis´eDownload s pour le With comportement en´eral de la m´ethode Free Trial g´ S´eries 1 2 3 4 5 6 7
eNode B variable (10-140) variable (40-160) 40 40 120 80 120
SGSN 7 12 variable (12-37) variable (14-37) 37 12 37
SGM Node B N 4 10 7 10 10 40 12Sign up to vote on this40 title 16 (130-160) Useful variable Not useful variable (4-7) 80 variable (9-17) 120
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les mouvements font intervenir, soit un eNode B, soit un SGSN. Alors, un pourcentage d’ lioration nulle s’explique par le fait que les mouvements impliquant les eNode B n’appo pas de meilleurs gains, donc ne sont pas retenus. Le m´ecanisme de la m´emoire `a long t (MLT) en l’occurrence, en red´emarrant l’algorithme autorise des mouvements qui ont d lieu `a des solutions de meilleure qualit´e. En gardant le mˆeme nombre d’eNode B, pou nombre de 12 SGSN, de 7 SGM et de 40 Node B, la s´erie 2 pr´esente une l´eg`ere am´elio de la solution pour les deux m´ecanismes de m´emoire, comme le montre la figure 5.17
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Figure 5.16 R´eseau de 7 SGSN, 4 SGM et de 10 Node B Unlock full access with a free trial.
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ceux obtenus avec les eNode B. Ces r´ esultats montrent, dans ce cas, que les mouv impliquant les SGSN offrent de meilleurs gains, et sont par cons´equent prioris´es par ra aux mouvements impliquant les eNode B. De mˆeme, entre les deux m´ecanismes de m´ le taux d’am´elioration est tr`es faible d’un m´ecanisme de m´emoire `a un autre. En effet les deux figures, la courbe de la m´emoire `a long terme, pour certains r´eseaux, ne pr´ pas de grande diff´erence `a celle de la m´emoire `a moyen terme. Pour d’autres r´eseaux, ceux ayant un nombre de 25 et de 32 SGSN, les deux courbes sont presque confondues derni`eres remarques renseignent sur le fait que le m´ecanisme de m´emoire `a moyen term s’ex´ecutant, `a explorer presque toutes les solutions possibles, laissant ainsi que tr`es p choix au m´ecanisme de m´emoire `a long terme.
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WithB, Free Figure 5.18 R´eseauDownload de 40 eNode 10 Trial SGM et de 40 Node B
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Dans la s´erie 5, illustr´ee au tableau A.5, le nombre de Node B varie de 130 ` pour un nombre fixe de 120 eNode B, de 37 SGSN et de 16 SGM. En se basant su r´esultats pr´ec´edents, l’´evaluation de la m´ethode faite avec les Node B prendra en le nombre de SGSN qui offre la meilleure possibilit´e d’am´eliorer la solution. La figure montre que, pour les deux m´emoires, les r´esultats convergent vers les valeurs obtenues les SGSN. Ces r´esultats sont ´evidents, compte tenu du fait que les Node B ne particip directement `a l’affectation qui est faite vers les SGM.
Les s´eries 6 et 7 pr´esentent une variation du nombre de SGM allant de 4 `a 17, que les autres nœuds restent fixes, illustr´ ees aux tableaux A.6 et A.7. Les r´esultats sur les figures 5.21 et 5.22 montrent que la diversification permet d’am´eliorer les solu de fa¸con significative, pour un nombre de SGM sup´erieur `a 4, alors que l’intensificatio commence qu’`a partir d’un nombre de 5 SGM. Pour les diff´erents r´eseaux de simulation augmentation du nombre de SGM entraˆıne ´egalement une augmentation du taux d’am ration de la solution. You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
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Figure 5.21 R´eseau de 80 eNode B, 12 SGSN et de 80 Node B
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Figure 5.22 R´eseau de 120 eNode B, 37 SGSN et de 120 Node B
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Useful Not useful ` partir de ces graphes, il appert que les nœuds A ayant une incidence directe s coˆut de la solution sont les eNode B et les SGM. En effet, avec une variation simultan
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Figure 5.23 Exemple de temps moyen d’ex´ ecution de l’algorithme
m´ecanismes, a` moyen et `a long terme, compar´es `a travers les graphes des figures 5.16 le m´ecanisme de m´emoire `a long terme est celui qui performe le mieux dans l’am´elior de la solution. En effet, les courbes d’am´elioration du m´ecanisme de m´emoire `a long t surpassent, dans la plupart des r´eseaux de simulation consid´er´es, celles du m´ecanism Reading Preview m´emoire `a moyen terme avec un You're ´ecart allant dea 0.5% `a 2.5%. Les quelques figures o courbes se rejoignent, s’expliquentUnlock par le que nœuds er´es dans les mouvem fullfait access withles a free trial. consid´ d’affectation, devant am´ eliorer la solution sont, soit trop proches de la meilleure solu Download With Free Trial de recherche. Pour le rest soit peu nombreux, r´eduisant ainsi les zones prometteuses consid´erant le mˆeme r´eseau de simulation, il est `a constater que le temps d’ex´ecutio l’algorithme croit en fonction du nombre de nœuds utilis´es, comme indiqu´e sur la figure 5.3.3
Volet 3 : Comparaison des r´ esultats avecSign une erieure up borne to vote oninf´ this title
Not useful Useful Pour exhiber la performance du mod`ele propos´ e, les r´e sultats obtenus dans ` cet cherche taboue de la section pr´ec´edente seront compar´es `a une borne inf´erieure. A
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d’un r´eseau 4G. Le mod`ele consiste `a minimiser une fonction de coˆut exprim´ee comme
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F =
e∈E q∈Q
eq eq
x17 c17 +
gq gq
x67 c67 +
g∈G q∈Q
+
ee hq ee 17 (1 − y17 )
e∈E e ∈E en
en
gq en nr rg (xeq 17 x23 x36 )((Hv 67 − H v 67 )x67 + H v 67
e∈E q∈Q n∈N r∈R g∈G
Cette fonction regroupe la sommation des coˆuts de liaison des eNode B et des S au SGM, repr´esent´ee respectivement par le premier et le deuxi`eme terme de la fonctio Le troisi`eme et le quatri` eme terme constituent, respectivement, la sommation des coˆ rel` eve horizontale entre les eNode B et la sommation des coˆuts de rel`eve verticale ent eNode B et les Node B, entraˆınant chacun un changement de SGM. Ce mod`ele est suje contraintes suivantes : xeq 17 = 0 ou 1 avec (e ∈ E ) et (q ∈ Q) xgq 67 = 0 ou 1 avec (g ∈ G) et (q ∈ Q) You're Reading a Preview xnr 23 = 0 ou 1 avec (n ∈ N ) et (r ∈ R) Unlock full access with a free trial.
xrg 36 = 0 ou 1 avec (r ∈ R) et (g ∈ G)
Download With Free Trial
xeq 17 = 1 avec (e ∈ E )
q∈Q
xgq 67 = 1 avec (g ∈ G)
q∈Q
∈ N ) xnr Sign up to vote on this title 23 = 1 avec (n r∈R Useful Not useful
xrg 36 = 1 avec (r ∈ R)
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ee q z 17 ≤ x eq 17
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ee q ≤ x e17q z 17
(
(
ee q eq z 17 ≥ x eq 17 + x17 − 1
ee q z 17 ≥0
En utilisant les contraintes 5.13, 5.14, l’´equation 5.1 devient : F =
eq eq
x17 c17 +
e∈E q∈Q
gq gq
x67 c67 +
g∈G q∈Q
+
ee
hq 17 (1 −
e∈E e ∈E
eq xeq 17 .x17 )
q∈Q
en
en
gq eq en nr rg (xeq 17 x23 x36 )((Hv 67 − H v 67 )x67 + H v 67 )x17
e∈E q∈Q n∈N r∈R g∈G
En se basant sur l’´equation 5.19, l’expression de la borne inf´erieure sera comp de deux principaux termes. Le premier terme not´e, LB1, fait la sommation des valeur nimales, parmi des coˆ uts de liaisons entre un eNodeB e et un SGSN g et tous les SGM r´eseau. Cette expression s’exprime comme suite : You're Reading a Preview
LB1 =
eq
min(c17 ) +
min(cgq 67 )
Unlock full access with a free trial. e∈E
e∈E
Download With Free Triall’´ Le deuxi`eme terme est not´ e LB2, et contiendra evaluation faite du coˆut des types de rel`eves : la rel`eve horizontale entre les eNode B et la rel`eve verticale entre les B et les Node B. Alors, en consid´erant un nombre k total de nœuds du r´eseau, compos´ somme d’eNode B et de la somme des SGSN, il est `a supposer qu’un SGM ne peut pas pre en charge toutes les cellules desservies par ces nœuds. Dans ce cas, un ensemble K tot Sign up to vote on this title nœuds de ce SGM peut ˆetre divis´e en des sous-partitions contenant, soit des sous-ensem useful Useful Not d’eNode B, soit des sous-ensembles compos´es d’eNode B et de SGSN.
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Le facteur 2 de R s’explique par le fait qu’entre deux eNode B e et e , la horizontale est comptabilis´ ee dans les deux sens (e− > e ) et (e − > e) et que le coˆut rel`eve est le mˆeme dans chaque sens.
En consid´erant P et L, deux exemples de partition de l’ensemble des k nœud P et L d´esignant respectivement le nombre d’eNode B et le nombre de SGSN desservi un SGM q , le nombre total de coˆut de rel`eve verticale impliquant ce SGM est donn´ R = P L + LP . L’expression `a r´esoudre, pour la rel`eve verticale est : minR avec P + L = K, P ≥ 1, L ≥ 1
Dans R , la rel` eve verticale est aussi comptabilis´ ee dans les deux sens (e et (g − > e), mais le coˆut diff`ere suivant que les paquets proviennent d’un eNode B SGSN, d’o` u la double sommation P L + LP . Ainsi, trouver le nombre minimal de rel` consid´erer pour un SGM, revient `a r´esoudre la relation suivante : You're Reading a Preview
minR + R
Unlock full access with a free trial.
avec P + L = K, P ≥ 1, L ≥ 1 Download With Free Trial
Dans ce cas, le probl`eme aura comme solution, les partitions (1, k − 1) et (k qui engendrent le moins de coˆut de rel`eves. Alors, la borne inf´erieure pour le nomb rel`eves sera ´egale `a 2(k-1) et s’exprime en utilisant les coˆuts de liaison repr´esent´es ee par variables C eN B et C SGSN . La matrice des coˆuts de la rel` eve horizontale est identifi´ Sign up to vote on this title les matrices de la rel`eve verticale seront identifi´ees respectivement variables H Notles useful Useful par Soit alors h T , la partie triangulaire sup´erieure de la matrice H + H T , avec H T la tra de H , puisque les coˆuts de rel`eve entre deux eNode B e et e sont comptabilis´es dans les
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o`u N −h d´esigne l’ensemble des (n-1) valeurs minimales de la matrice triangulaire hhT la fonction indicatrice des ensembles N − k−1
LB =
e∈E
eq
min(c17 ) +
e∈E
gq
min(c67 ) +
k
I K hT ( p, q ).hT ( p, q )+ −
p=1 q = p+1
+
gq
min(Hv67 ) +
e∈E
gq
min(Hv 67 )
e∈E
L’impl´ementation de la borne inf´erieure est faite au moyen d’un programme en Matlab, tir´e de [24]. Le programme re¸coit en entr´ee le mod`ele, tel que d´ecrit dan mais libre des contraintes de capacit´es ´elabor´ees dans 5.10, 5.12 et 5.12. Ainsi pour ch r´eseau de simulation du tableau 5.6, le programme fait la lecture des fichiers de don d´ecrivant les matrices les coˆuts de liaisons des eNode B au SGM, celles des coˆuts de lia des SGSN au SGM, ainsi que les coˆuts des rel`eves horizontale et verticale. La valeur obt de la borne sera ensuite compar´ee aux r´esultats obtenus de la recherche taboue du pour d´eterminer l’´ecart moyen existant entre ces deux valeurs. You're Reading a Preview
Ainsi, les tableaux 5.7 a` 5.14 montrent que les solutions obtenues par la rech Unlockinf´ fullerieure. access with a freele trial. taboue sont assez proches de la borne Dans cas de la variation des eNode tableaux 5.7 et 5.8 pr´esentent un rapprochement de la borne `a mesure que le nombre d’e Download With Free Trial B augmente. Dans ces deux tableaux, la borne pr´esente un ´ecart ne d´epassant pas 25% solutions obtenues de la recherche taboue. De mˆeme, les tableaux 5.9 et 5.10 montrent le comportement pour les SGSN. Pour certains r´eseaux comme indiqu´es dans les tableaux 5.12, l’´ecart est compris entre 17% et 26% sur l’ensemble des r´eseaux de simulation cons Sign up to votemˆ on this en titledessous de Toutefois, dans le cas des tableaux 5.8 et 5.13 les ´ecarts tombent eme Useful Not useful ´ Tableau 5.7 Ecart par rapport `a la borne inf´erieure pour la s´erie 1
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´ Tableau 5.9 Ecart par rapport `a la borne inf´erieure pour la s´erie 3 SGSN ´ Ecart (%)
12 24.7135
17 18.7975
25 22.4023
28 32 17.335 19.5673
37 28.1408
´ Tableau 5.10 Ecart par rapport `a la borne inf´erieure pour la s´erie 4 SGSN ´ Ecart (%)
14 12.3666
20 10.235
25 28 32 37 5.9239 7.3302 8.6157 4.9952
´ Tableau 5.11 Ecart par rapport `a la borne inf´erieure pour la s´erie 5 SGM 4 5 6 7 ´ Ecart (%) You're 26.1241 10.8262 7.1686 2.8012 Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
Download With Free Trial
´ Tableau 5.12 Ecart par rapport `a la borne inf´erieure pour la s´erie 6 SGM ´ Ecart (%)
9 17.0356
10 19.8935
12 17 8.0741 11.2723 Sign up to vote on this title
Useful
Not useful
´ Tableau 5.13 Ecart par rapport `a la borne inf´erieure pour la s´erie 7
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CHAPITRE 6
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CONCLUSION
Ce chapitre de conclusion fait une synth`ese de la d´emarche utilis´ee dans moire, pour tenter d’apporter une solution aux probl`emes li´es `a la planification d’un de quatri`eme g´en´eration. Pour ce faire, les diff´erentes ´etapes de la solution propos´ee conduit `a l’impl´ementation seront d´ecrites, suivies des limitations du travail. Ce chapit termine par l’´enum´eration de quelques propositions pour des recherches futures. 6.1
Synth` ese des travaux
Le but principal de ce m´emoire a ´et´e de r´esoudre le probl`eme d’affectation cellules, dans le cadre de la planification d’un r´eseau mobile 4G `a partir d’un r´eseau mob existant. Pour ce faire, diff´erents travaux ayant approch´e le mˆeme probl`eme dans les pr´ec´edents ont ´et´e consid´er´es [17]-[59]. travaux sont divis´es suivant qu’ils utilisen You'reCes Reading a Preview approche de r´esolution globale ou s´ equentielle. Ainsi, l’analyse des travaux pour les r´esea Unlock full access with a free trial. d´emontre que le probl`eme d’affectation consiste `a trouver des sch´emas d’affectation entr nombre de n cellules et de m commutateurs, tenant compte des contraintes de capacit Download en With Free Trial ces derniers, et de l’unicit´ e des affectations des cellules `a ces commutateurs. Avec les 3G, deux types de trafic : la voix et les donn´ees, sont consid´er´es. Pour ces r´eseaux, les distinguent deux niveaux d’affectation : le niveau 1 qui traite du probl`eme d’affectati Node B (cellules) aux contrˆoleurs RNC, et le niveau 2 o`u les RNC sont affect´es enmˆeme Sign up to vote on this title aux MSC et aux SGSN. Dans ce m´emoire, le r´eseau utilis´eUseful prend en compte deux techno Not useful diff´erentes : celle de la 3G et celle de la 4G. Le mod`ele utilis´e permet alors d’affecter les B (cellules) et les SGSN en mˆeme temps, aux MME et aux SGW. Telles que pr´esent´
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SGW. L’approche utilis´ee pour impl´ementer ce mod`ele est bas´ee sur une heuristique, c tenu du fait que, pour des r´eseaux de grande taille, le probl`eme est class´e NP-difficile. heuristique commence par g´en´erer une solution initiale du probl`eme. Cette solution suite utilis´ee par l’algorithme de recherche taboue qui, au moyen des m´ecanismes de m´ `a court, `a moyen et `a long terme, a permis d’am´eliorer la solution initialement trouv d’arriver `a une solution de moindre coˆut. Tout au long de son ex´ecution, l’algorithme e une s´erie de mouvements de r´eaffectation et de d´eplacements qui permettent, soit d’am´ le coˆut de la solution courante, soit de r´etablir la faisabilit´ e des solutions obtenues. Ch de ces mouvements s’accompagne d’un m´ecanisme de gain, calcul´e en fonction des coˆ rel` eves horizontale et verticale. Un mouvement est choisi s’il entraˆıne le meilleur gain coˆut de la solution.
L’´evaluation de la performance de la recherche taboue est r´ealis´ee `a travers plus tests. Pour chaque test, le programme re¸coit en entr´ee les fichiers de donn´ees renseignan les caract´eristiques du r´eseau, les fichiers de capacit´es qui traduisent la quantit´e de support´ee par chaque nœud et les fichiers d’affectation du r´eseau 3G. Les premiers test servi `a calibrer l’algorithme, en attribuant diff´erentes valeurs `a certains param`etres You're Reading a Preview la recherche taboue, comme la taille de la liste taboue et les m´ecanismes de rappel. A Unlock full access with a free trial. pour les grands r´eseaux de simulation, l’algorithme affiche de meilleurs r´esultats `a m que la taille de la liste taboue augmente, alors que pour eseaux, de l’ordr Download With Free Trialles petits r´ cinquantaine de nœuds, une taille de 5 suffit amplement. D’autres tests ont permis de m trer le comportement g´en´eral de l’algorithme, quand interviennent les trois m´ecanism m´emoire : `a court, `a moyen et `a long terme. Les r´esultats obtenus ont montr´e qu’ave m´ecanismes de m´emoire `a moyen et `a long terme, la m´ethode propos´ee affichede meil Sign up to vote on this title r´esultats que le m´ecanisme de m´emoire `a court terme. Ces r´esultats sont ensuite compa Useful Not useful une borne inf´erieure, g´en´er´ee en relaxant toutes les contraintes du mod`ele. Ces compara montrent un ´ecart des coˆuts de la recherche taboue, en moyenne, de moins de 30% pou
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devraient ˆetre int´egr´ees lors de la formulation du mod`ele.
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Une deuxi`eme limitation se situe au niveau de l’impl`ementation. En effet, la pr ´etape de l’impl´ementation consistait `a attribuer des valeurs `a certains param`etres li´ recherche taboue tels que : la taille de la liste taboue, le d´elai de d´eclenchement du m´eca de rappel pour un nombre de solutions non faisables donn´ees, etc.. Bien que dans l’ensem les valeurs retenues pour chaque param`etre ont permis d’obtenir de bons r´esultats, sont pas forc´ement les meilleures d’un probl`eme `a l’autre.
Une derni`ere limitation concerne le mod`ele impl´ement´e. En effet, des deux m propos´es, celui avec couplage de nœuds a ´et´e impl´ement´e. Ce mod`ele pr´esente une si cation du probl`eme, car les ´equipements MME et SGW sont consid´er´es comme une unique, ´emulant ainsi les fonctionnalit´es de chaque nœud pris s´epar´ement. Toutefois impl´ementation qui prendrait en compte le mod`ele sans couplage de nœud devrait consi d’autres caract´eristiques du r´eseau, tant au niveau du mod`ele qu’au niveau de l’impl´em tion. You're Reading a Preview
6.3
Am´ eliorations futures
Unlock full access with a free trial.
Bien que les r´esultats obtenus soient en g´en´eral tr`es concluants, quelques Download With Free Trial ` cet effet, quelques pistes int´eressantes peuvent ˆetre approfondis afin de les am´eliorer. A pr´esent´ees dans le paragraphe suivant.
Dˆu au fait que le mod`ele avec couplage des nœuds est celui qui a ´et´e retenu ce m´emoire, l’impl´ementation utilise une liste taboue Sign pour lesvote deux types up to on this title de mouvem Not usefuldes mouvem Useful consid´er´es. Ainsi, pour mieux faire ressortir la diff´erence entre l’influence impliquant un eNode B et ceux impliquant un SGSN sur la qualit´e de la solution,
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´ ERENCES ´ REF
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[1] 23.101 (2009). General Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) arch ture , 9.0.0 ´edition.
[2] 23.110 (2009). Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) access stra Services and functions , 9.0.0 ´edition. [3] 23.205 (2010). Bearer-independent circuit-switched core network ; Stage 2 , 9.1.0 [4] 25.308 (2010). High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) ; Overall description 2 , 9.4.0 ´edition.
[5] 25.410 (2009). UTRAN Iu interface : General aspects and principles , 9.0.0 ´edition [6] 25.420 (2010). UTRAN Iur interface general aspects and principles , 9.1.0 ´edition
[7] 25.426 (2009). UTRAN Iur and Iub interface data transport & transport signallin DCH data streams , 9.0.0 ´edition.
[8] 25.950 (2005). UTRA High Speed Downlink Access (HSDPA), 4.0.1 ´edition You're Reading Packet a Preview
[9] 25.996 (2009). Spacial channel model for Multiple Input Multiple Output (MIMO) s Unlock full access with a free trial. lations , 9.0.0 ´edition. Download With Free(GPRS) Trial ; Serving GPRS Support [10] 29.016 (2009). General Packet Radio Service (SGSN) - Visitors Location Register (VLR) ; Gs interface network service specific 9.0.0 ´edition.
[11] 29.118 (2010). Mobility Management Entity (MME) and Visitor Location Register (V Sign up to vote on this title SGs interface specification , 9.4.0 ´edition. Not useful Useful [12] 36.323 (2010). Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA) ; Packe Convergence Protocol (PDCP) specification , 9.0.0 ´edition.
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[17] ALI, B. ET AL. (2008). Gestion des ressources et de la qualit´e de service dans un ´ mobile h´et´erog`ene de prochaine g´en´eration . M´emoire de maˆıtrise, Ecole Polytechn de Montr´eal.
[18] AMZALLAG, D. LIVSCHITZ, M. et NAOR, J.RAZ, D. (2005). Cell planning of 4g c lar networks : algorithmic techniques and results. 2005 6th IEE International Confer on 3G and Beyond . 1–5.
[19] ANDREI, V., POPOVICI, E., FRATU, O. et HALUNGA, S. (2009). The archite of a software module, supporting vertical handover in heterogenous networks. Pro International Conference on Science ETAI Conference . 26–29.
[20] BAJZIK, L., HORVATH, P., KOROSSY, L. et VULKAN, C. (2007). Impact of int handover with forwarding on the user connections. Mobile and Wireless Communica Summit, 2007. 16th IST . IEEE, 1–5.
[21] BEAUBRUN, R., PIERRE, S. et CONAN, J. (2005). An approach for managing g mobility and roaming in the next-generation wireless systems. vol. 28, 571–581.
[22] BEAUBRUN, R., PIERRE, S. et CONAN, J. (2005). Methodologie de planificatio You'reConference Reading a Preview futurs reseaux mobiles. Canadian on Electrical and Computer Enginee 2005 . 1161–1164. Unlock full access with a free trial.
[23] CHAMBERLAND, S. (2004). An efficient heuristic for the expansion problem of ce Download With Free Trial wireless networks. Computers and Operations Research , 31, 1769–1791.
[24] DIALLO, M. (2004). Affectation des cellules aux commutateurs dans les r´eseaux mo ´ de troisi`eme g´en´eration . M´emoire de maˆıtrise, Ecole Polytechnique de Montr´eal
[25] DIALLO, M., PIERRE, S. et BEAUBRUN, R. (2010). A tabu search approa Sign up to vote on this title assigning node bs to switches in umts networks. Wireless Communications, IEEE T Useful Not useful sactions on , 9, 1350 –1359. [26] FIDUCCIA, C. et MATTHEYSES, R. (1988). A linear-time heuristic for impr
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[50] PIERRE, S. (2003). R´eseaux et syst`emes informatiques mobiles : Fondements, arch tures et applications . Presses inter Polytechnique.
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A
eti algorithm for
igning ce
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[57] SKORIN-KAPOV, J. (1990). Tabu search applied to the quadratic assignment prob ORSA Journal on computing , 2, 33–45.
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[60] ST-HILAIRE, M., CHAMBERLAND, S. et PIERRE, S. (2006). Global expansion m for mobile networks. Communications Letters, IEEE , 10. [61] TABBANE, S. (2000). Handbook of mobile radio networks . Artech House.
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´ COMPOSITION DES SERIES DE TESTS
Tableau A.1 S´erie 1 : Variation des eNode B avec 4 SGM R´eseau 1 2 3 4 5 6 7 8
eNode B 10 25 40 60 80 100 120 140
SGSN SGM 7 4 7 4 7 4 7 4 7 4 7 4 7 4 7 4
Node B 10 10 10 10 10 10 10 10
Nombre de tests 10 10 10 10 10 10 10 10
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Tableau A.2 S´erie 2 : Variation des eNode B avec 7 SGM R´eseau 1 2 3 4 5 6
eNode B 40 65 80 93 100 120
SGSN SGM 12 7 12 7 12 7 12 7 12 7 12 7
Node B Nombre de tests 40 10 40 10 40 Sign up to vote on10 this title 40 Useful Not 10 useful 40 10 40 10
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Tableau A.3 S´erie 3 : Variation des SGSN avec 10 SGM R´eseau 1 2 3 4 5 6
eNode B 40 40 40 40 40 40
SGSN SGM 12 10 17 10 25 10 28 10 32 10 37 10
Node B 40 40 40 40 40 40
Nombre de tests 10 10 10 10 10 10
Tableau A.4 S´erie 4 : Variation des SGSN avec 12 SGM R´eseau 1 2 3 4 5 6
eNode B 40 40 40 40 40 40
SGSN SGM 14 12 20 12 25 12 28 12 32 12 37 12
Node B 40 40 40 40 40 40
Nombre de tests 10 10 10 10 10 10
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Tableau Unlock A.5 S´ erie 5 : with Variation des SGM full access a free trial. R´eseau 1 2 3 4
eNode B SGSN SGM Node B Download With Trial 80 12 4 Free 80 80 12 5 80 80 12 6 80 80 12 7 80
Nombre de tests 10 10 10 10
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R´eseau 1
Tableau A.6 S´erie 6 : Variation des SGM Useful Not useful eNode B SGSN SGM Node B Nombre de tests 120 37 9 120 10
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Tableau A.8 S´erie 8 : Variation de tous les nœuds R´eseau 1 2 3 4 5
eNode B 8 20 50 100 150
SGSN SGM 4 2 12 6 28 10 30 11 37 12
Node B 8 20 20 100 150
Nombre de tests 10 10 10 10 10
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TABLEAU COMPARATIF DES TERMINOLOGIES 3G ET 4G
Tableau B.1 Comparaison Comparai son des terminologies terminol ogies des sous-syst` sous-sy st`emes emes radio des r´eseaux eseaux 4G Termes du LTE OFDMA
SC-FDMA
Subca bcarrier Symbol Reso Resour urce ce ment
Ele Ele-
Reso Resour urce ce Bloc Block k
Slot Subframe Frame
D´efini efi niti tion on
´ Equivalence dans l’UMTS
Orthogonal Frequency Divi- WCDMA sion Multiple Access, physical Layer of LTE Downlink Single Carrier Frequency WCDMA Divisi Division on Multip Multiple le Access Access,, physical layer of LTE Uplink A single 15 kHz radio chan- Radio channel nel A single 66.67 µs time per- Chip (0.26 µ (0.26 µs) s) iod The smallest unit of radio n/a resources, one subcarrier for one symbol symbol Thee smal Th smalle lest st block block of rere- n/a sour source cess that that can can be allo allo-cated, cated, 12 subcarr subcarrier ierss for 7 symb symbol olss (84 (84 reso resour urce ce eleeleSign up to vote on this title ments) 7 consecutive symbols lot SUseful Not useful 2 consecutive timeslots n/a 10 consecutive subframes Frame
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Tableau B.2 Comparaison des terminologies des sous-syst`emes emes radio des r´eseaux eseaux 4G (suite) Termes du LTE PDCCH
PCFICH PHICH
PRACH PUSCH
PUCCH PUCCH Ph Physi ysi-cal
D´efini efi niti tion on
´ Equivalence dans l’UMTS
Physical Downlink Control Channel
High Speed – Shared Control Chann SCCH) [for HSPA+] or Dedicated P Control Channel (DPCCH) [for a R9 nel] NA
Physical Control Format Indicator Channel Physical Hybrid ARQ Indication Channel Physical Random Access Channel Physical Uplink Shared Channel
Uplink Uplink Con Contro troll Cha Channe nnell
E-DC E-DCH H HAR HARQ Indi Indica cati tion on Ch Chan an HICH) [for HSPA+] or NA [for a R9 nel] Physical Random Access Channel (P
E-DCH Dedica E-DCH Dedicate ted d Ph Physi ysical cal Data Data (E-DPDCH) [for HSPA+] or Dedicat sica sicall Da Data ta Ch Chan anne nell (DPC (DPCCH CH) ) [f Sign up to vote on this title channel] Useful NotPh useful ted E-DCH E-D CH Dedica Dedicated Physi ysical cal Con Contro tro (E-DPCCH) [for HSPA+] or Dedicat sical Control Channel (DPCCH) [fo
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Tableau B.3 Comparaison Comparai son des terminologies terminol ogies du r´eseau eseau d’acc`es es des r´eseaux eseaux 4G et Termes du LTE eUTRAN
D´efini efi niti tion on
´ Equivalence dans l’UMTS
Evolved Universal Terres- UTRAN trial Radio Access Network eNode B Evolved Node B Node B Phys Ph ysic ical al Lay Layer ID Un Uniq ique ue cell cell iden identi tifie fierr Cell Scrambling Code UE User Equip- UE ment X2 eNo de B <-> eNode B in- Iub and Iur terface S1 eNo de B <-> core network Iu interface LTE-Uu LTE air interface Uu Attach A configured signaling path Attach between the UE and the eNSign up to vote on this title ode B Useful Not useful Radio adio Bear Beareer A con config figur ureed and and assi assign gneed Radio Bearer radio resource
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Tableau B.4 Comparaison des terminologies du r´eseau coeur des r´eseaux 4G et 3G D´efinition
´ Equivalence dans l’UMTS
Termes du LTE LTE Term Mea- Evolved Packet Core Packet Switched Core Network (P ning and Usage UMTS Equivalent EPC MME Mobility Management En- Serving GPRS Support Node (SGSN tity S-GW Serving Gateway Serving GPRS Support Node (SG P-GW Packet Data Network Gate- Gateway GPRS Support Node (GGS You're Reading a Preview way HSS Home Subscriber Location Register (HLR) UnlockSystem full access with Home a free trial. PCRF Policy Charging Rule Func- PCRF tion Download With Free Trial GTP GPRS Tunneling Protocol GTP S1 Bearer A configured traffic path Iu Bearer between the eNode B and the S-GW S5/S8 Bearer A configured traffic path Gn/Gp Bearer Sign up to vote on this title between the S-GW and the Useful Not useful PDN-GW EPS Bearer Ser- A configured end-to- PDP Context vice d traffi path bet
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